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无机阻燃添加剂主要是把具有本质阻燃性的无机元素以单质或化合物的形式添加到被阻燃的基材中,以物理分散状态与高聚物充分混合。在气相或凝聚相通过化学或物理变化起到阻燃作用。以开发研究的木质阻燃元素主要有金属Mg、A1、Ca,非金属B、Si、N、P、Sb,卤素及过渡元素Mo、V、Fe等,无机类阻燃剂主要有金属水合物、红磷、硼类化合物、锑类化合物等,无机阻燃剂具有热稳定性好、不挥发、效果持久、价格便宜等特点,得到广泛的应用。
(1)氢氧化铝
氧化铝(ATH)是问世最早的无机阻燃剂之一,也是国际上阻燃剂中用量最大的一种。目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的80%以上。广泛应用于各种塑料、涂料、聚氨酯、弹性体和橡胶制品中,具有阻燃、消烟、填充三大功能,不产生二次污染,能与多种物质产生协同作用、不挥发、无毒、无腐蚀性、价格低廉,被称为无公害无机阻燃剂。
氢氧化铝的阻燃机理是:
①向聚合物中添加氢氧化铝。降低可燃聚合物浓度;
②在250。C左右开始脱水。吸热。抑制聚合物升温;
③分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气浓度,可阻止燃烧进行;
④在可燃物表面生成Al2O3,可阻止燃烧。但ATH有添加量大的缺点.通常需要加入50%以上才能显示很好的阻燃效果。为克服这一缺点,可采用改进造粒技术,向超精细化方向发展,使粒度分布变窄;改进包覆技术。以改善其在聚合物中的分散性;用大分子键合方式处理等方法进行。
(2)氢氧化镁
氢氧化镁(MTH)是目前发展较快的一种环保添加无机阻燃剂,具有热稳定性好、不产生有毒气体、价格便宜等优点,添加到塑料制品后,具有阻燃、消烟、防流滴、填充等多种功能。氢氧化镁的阻燃机理与ATH相似。与ATH相比,其热稳定性和抑烟性能都明显优于ATH。氢氧化镁在更高的温度范围内才发生脱水反应。故可应用于阻燃高温分解型聚合物,应用范围较ATH更广。据国外资料统计,西方发达国家Mg(0H)2阻燃剂消耗量约占无机阻燃剂消耗量的30%以上。虽然氢氧化镁具有良好的抑烟能力,来源广泛,价格也便宜,但作为一种无机阻燃剂。无法克服它相容性较差、添加量大等固有缺点。在实际使用中,常常对其进行特殊处理,具体改性方法同ATH类似。
(3)红磷
无机磷系阻燃剂主要包括红磷、磷酸盐和聚磷酸铵.其中研究和应用较多的为红磷。红磷对很多高聚物都能有效的阻燃,故自1965年被发现后一直备受关注。当红磷的浓度达到不能使其阻燃性能进一步提高时,阻燃效果最好。红磷能以相对较低的浓度使大多高聚物具有很好的阻燃性能。处理过程稳定,并对基体的物理电性能没有影响。它既可以在气相中产生自由基阻燃,也可以在凝相中形成泡沫阻燃。红磷粉末被装进胶囊固定化。可降低其可燃性并抑制磷化氢气体的形成网。然而,红磷的存在会使纤维产生红棕色。并造成纺纱困难和韧性损失,这是限制其应用的主要因素。
(4)锑类化合物
三氧化二锑,胶体五氧化二锑和锑钠是锑系阻燃剂的主要产品,其广泛应用的是三氧化二锑。它是一种典型的添加型无机阻燃剂.主要用于塑料制品和纺织织物的阻燃,亦可用作橡胶、木材的阻燃剂。其阻燃机理是三氧化二锑在燃烧初期首先熔融。熔点为665℃在材料表面形成保护膜,隔绝空气,通过内部吸热反应,降低燃烧温度,在高温状态下三氧化二锑被氧化。稀释了空气中氧浓度,从而起到阻燃作用。氧化锑是几乎所有卤系阻燃剂中不可缺少的协效剂而与卤系阻燃剂联用,但由于它有毒性,使用受到限制。
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