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磷系阻燃体系包括无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。目前应用最广的有机磷系阻燃剂是磷酸酯和膦酸酯,例如磷酸三苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、磷酸三乙酯、磷酸三异丙苯酯、磷酸三辛酯、甲苯基二苯基膦酸酯、磷酸三(β-氯乙基)酯、磷酸三(2,3-二溴丙基)酯、三(二溴苯基)磷酸酯等;无机磷系主要有红磷(微胶囊化红磷)、聚磷酸铵、磷酸盐(如磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵等)。
阻燃机理:磷系阻燃剂是弱的火焰抑制剂;其阻燃机理在于磷系化合物受热分解为含磷氧酸,这些含磷氧酸可促使聚合物脱水炭化生成的焦炭层呈石墨状,能阻隔内部聚合物与氧接触;焦炭层导热性差,使聚合物与热源隔绝,减缓了热分解,从而起到阻燃的作用。而脱水碳化这一步骤必须依赖聚合物本身的含氧基团。对于聚丙烯来讲,分子结构没有含氧基团,单独使用磷系阻燃剂时阻燃效果不佳。如果与氢氧化铝和氢氧化镁等复配即可产生协同效应,从而得到良好的阻燃效果。
常用配方:通常用于聚丙烯的磷系阻燃剂主要是红磷及有机磷化合物(如磷酸酯)。研究表明,Mg(OH)2包覆红磷复配物比单用Mg(OH)2的阻燃聚丙烯的阻燃效果要好,但力学性能有所下降。将10份包覆红磷和80份的Mg(OH)2复配具有明确的协同阻燃效果,使体系氧指数达到29%,且综合性能良好。
2.氮系阻燃剂
含氮阻燃剂主要包括3大类:三嗪类化合物三聚氰胺、双氰胺、胍盐(碳酸胍、磷酸胍、缩合磷酸胍和氨基磺酸胍)及它们的衍生物,特别是磷酸盐类衍生物。阻燃机理:温度升高到一定程度,氮系阻燃剂受热,开始发生分解反应,分解产物有NO、NO2、NH3、H2NCN、N2、H2O、CO2等不燃烧的气体,其中NH3是释放出来的气体的主要成分,NH3具有降温、吸热以及稀释氧气等作用。生成这些不燃性气体起到吸热隔氧的目的,还有阻燃剂在分解过程发生的吸热反应消耗掉大部分热量,明显地降低阻燃材料燃烧表面的温度,都起到阻止材料进一步燃烧和传播火焰的作用。不燃性气体物质不但起到了稀释燃烧界面上氧气和可燃性气体的浓度的作用,还能消耗掉空气中的氧气,与之发生氧化反应,生成氮气、水及深度的氧化物,实现阻燃的目的。
常用配方:三聚氰胺(MA)是氮系阻燃剂的代表,受热时易升华,不燃,分解温度为250~450℃,分解反应是吸热反应,吸收大量的热量,释放含N2、NH3及CN-的气体。MA有助于聚合物成炭,并影响聚合物的熔化行为,作为膨胀型阻燃剂中的发泡成分(气源),其发泡效果好,成炭致密,常用于阻燃聚丙烯。MA除了单独使用外,还常与酸反应生成氮的衍生盐类阻燃剂,这类衍生盐,如M系列阻燃剂(汽巴精化开发),在PP、PE、以及PVC等热塑性、热固性塑料领域被广泛应用;此外,可以代替三聚氰胺的双氰胺主要用于制造胍盐阻燃剂,或者双氰胺与三聚氰胺结合,协同阻燃。
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