三聚氰胺(MCA)及其盐类(氰尿酸盐、磷酸盐、焦磷酸盐、聚磷酸盐、硼酸盐、邻苯二甲酸盐、草酸盐等)是一类氮系及氮一磷系阻燃剂,是构成无卤膨胀型阻燃剂(IFR)的重要组分(含气源及酸盐),且几乎所有现用的IFR,都含有氮和(或)磷作为阻燃活性组分。氮系及氮-磷系阻燃剂可与卤-锑系、磷系及卤.磷系、无机系并列当今的四大阻燃系统。由于MCA及其盐类具有一系列与生态环境相容的特点,对人类健康的危害很小,所以在环保要求日益严格的今天,备受阻燃领域的瞩目与青睐,其应用正日益增多,且应用前景看好。
MCA及其盐的特点
对阻燃剂而言,在性能基本能满足使用要求,价格可为用户承受的情况下,环保常常是人们特别关注和要求的。MCA及其盐类阻燃剂,就其与环保的兼容性及对人类健康的影响而言,在目前广泛使用的各类阻燃剂中,可以说是出类拔萃者;就其性价比而言,也可认为是比较理想,或者至少是差强人意。MCA及其盐的优点如下。
1.低毒及低腐蚀
MCA低毒,无刺激,大鼠连续吸入MCA粉尘含量为200mg/m3的空气,未见中毒症状,LD50大于3000mg/kg(大鼠,口服)。MCA的盐类也大多属于低毒化学品,例如,就LD50而论,三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)大于4000mg/kg(大鼠,口服),聚磷酸三聚氰胺(MPP)大于2000mg/kg(大鼠,口服)。与x.sb阻燃系统相比,MCA及其盐类的腐蚀性低得多,例如分别含MPP及McA的PA66,在熔态(300℃)与不锈钢接触100h后,MMP系统及MCA系统对不锈钢模具的腐蚀性,只分别为X.sb系统的l/7及1/50。
2.生烟量低
含MCA及其盐类的阻燃系统大都具有膨胀成炭的功能,它们在热分解时多释放出C02、N2及NH3,等产物,无HX产生,所以含这类阻燃系统在热裂及燃烧时产生的烟和有毒及腐蚀性产物量均很低。如以MCA阻燃的未增强PA6(UL94V0),以NITS(NBS)烟箱测定的明燃及阴燃最大烟密度(Dm)分别为190及80;而对以X.Sb系统阻燃的PA6(UL94V0),此两值分别高达790及390。即前者约为后者的l/4。关于有毒及腐蚀性产物的生成量。以MMP阻燃的PA66为例,燃烧时没有HBr释出,HCN量也很小。CO的生成量也低于X-Sb系统,VOF值(综合评价烟、有毒及腐蚀性产物量的一个指标,越低越好)则只为X.Sb系统的1/5。
MCA及其盐类阻燃剂的这一特点是阻燃塑料安全使用不可或缺的环保要求,欧盟拟在建材行业统一实行这一新的阻燃试验及分类标准,2007年3月1日我国将正式实施的强制性国家标准GB20286.2006《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能和标识》,都特别强调了材料的生烟性、热裂解和燃烧产物毒性及腐蚀性的重要性,并规定了应采取的测定方法和允许的极限值。
3.热稳定性较高
MCA及其某些盐的起始分解温度多在250℃以上,有的高达300℃以上。如MCA、MCA磷酸盐、MCA焦磷酸盐都在250℃左右才开始分解,McA及MPP则都能耐320℃以上的高温(对
MPP,质量损失2%时的温度为370℃)。所以MCA及其盐均能承受通用塑料的加工温度,有的能承受一般工程塑料的加工温度。
4.氮.磷协同效应
MCA的含磷酸盐是这类阻燃剂中的主体,它们的分子中同时含阻燃元素氮及磷,具氮一磷协同效应,且它们的氮及磷含量均较高(氮含量14%一15%,磷含量35%一40%)。
5.其他
MCA及其盐的其他特点还有:1)可通过多种途径,同时在凝聚相及气相发挥阻燃功效;2)对塑料加工性能的影响较小,添加量达30%,甚至40%时,塑料仍具有较高的加工性能;3)密度低,多在1.55一1.80g/cm3左右,远低于X-Sb系统;4)大多为白色粉体;5)制造工艺简单,原料来源充足,价格相对低廉。
作为阻燃剂,MCA及其盐类的缺点是阻燃效率较低,一般在塑料中的用量需达25%一30%才能凑效,这与在塑料表面形成膨胀炭层需要一定量阻燃剂有关。其次是某些MCA盐对塑料的机械性能有较明显的负面影响;再次是MCA升华,有些MCA盐具有水溶性(MCA及MPP的水溶性极低,如25℃时MPP仅为0.05g/100mL,H2O)等。
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