聚烯烃的成炭阻燃途径
TAG：大分子三嗪类衍生物成炭剂(CFA)、成炭剂磷酸酯PEPA、成炭剂TRIMER、大湖GREAD LAKE、季戊四醇磷酸酯(PEPA)、1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷
1.成炭的阻燃作用
早在20世纪70年代，Krevelen等人就提出了高聚物在燃烧过程中形成炭层，其阻燃性可以得到明显改善，且高聚物燃烧时生成的炭量与其极限氧指数（LOI）有很好的相关性。高聚物成炭性与其阻燃性能密切相关。
聚烯烃类高聚物的碳/氢比相对较小，成炭率非常低。一般而言，成炭率高的高聚物，其LOI（极限氧指数）值也较高。
成炭对聚合物的热降解起着重要的作用。这是因为在聚合物热分解的过程中必然伴随有挥发物的生成，而成炭既可减少挥发物的产生，又能影响材料进一步的热降解。如果可以在聚合物表面形成致密的炭层，此炭层便会阻挡热量向聚合物传递，减弱了火焰对聚合物的加热作用。成炭能使聚合物的LOI大幅度提高，发挥阻燃作用。
2.成炭阻燃聚烯烃的途径
聚烯烃是一类最常用的聚合物。其成炭率极低，属于非成炭性物质。聚烯烃的成炭途径一般为添加成炭剂（或成炭促进剂）、添加自成炭性高的聚合物，化学改性等途径使其成炭进而获得阻燃性能。成炭剂可以是季戊四醇、淀粉、聚氯乙烯、聚丙烯腈、氯化聚乙烯、聚酰胺、糊精等。常用的成炭促进剂有氧化铁、钼酸铵、氧化锑、硼酸锌、沸石、氢氧化镁等。自成炭性高的聚合物包括酚醛树脂、热塑性聚氨酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯等，它们本身就具有较高的阻燃性。
2.1膨胀型阻燃体系
膨胀型阻燃体系（IFR）是以磷、氮、碳为主要成分的无卤阻燃体系，通常由酸源（脱水剂）、气源（发泡剂）、炭源（成炭剂）三部分组成。酸源可以是无机酸或受热能生成无机酸的化合物，如磷酸、硫酸、聚磷酸铵以及其它磷酸盐、硼酸盐等；气源一般为含氮的多碳化合物，常用的有三聚氰胺、尿素、密胺等；炭源是形成泡沫炭化层的基础，主要是一些含碳量高的多羟基化合物，如季戊四醇及其二聚体、三聚体等。IFR主要通过形成多孔泡沫炭层在凝聚相起阻燃作用。
在体系中加入膨胀型阻燃剂是传统的成炭方法。最基本最常见的是由巨磷酸铵（APP）提供酸源、气源；季戊四醇（PER）提供炭源组成的IFR体系。
目前，往往在IFR体系中加入成炭剂或成炭促进剂，改善炭层结构，提高炭层质量，增加聚烯烃材料的阻燃性。
研究发现：硅铝酸盐物质ZEO（沸石）可以催化APP和PER之间的膨胀成炭反应和促进聚乙烯的自身成炭，有效地提高材料的膨胀成炭能力和阻燃性能。他们还用电镜照片（SEM）证实：内部层次清晰，结构规整是理想的膨胀炭层的结构。
PER作为成炭剂，具有良好的热稳定性、反应活性，成炭效果好，在IFR体系中得到广泛应用。
2.2有机硅系阻燃体系
有机硅系阻燃剂是一种新型高效、低毒、防熔滴、环境友好的非卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂。有机硅系阻燃剂能促进炭的生成，提高炭层的稳定性和改善炭层结构。该炭层还具有一定的抑烟作用。
有机硅单独作为聚烯烃的阻燃剂，其效果并不是很明显，需要加入一些阻燃剂或化合物以提高其阻燃性能。
有机硅和聚合物的接枝共聚也有助于聚合物的阻燃，能显著提高炭生成量。有机硅系阻燃剂还可通过与互穿聚合物网络（IPN）部分交联类似的机理与聚合物结合。
聚氨酯的回收和再生
聚氨酯回收目前已经越来越重要，特别是在欧洲地区，在那里可以处理垃圾的地方已经变得越来越少，而且垃圾处理费用也在疯狂地上涨。随着政府对聚氨酯产品生产周期的“闭环”性生产要求的提高，在过去的二十年中出现了很多的创新性回收技术，而且其中的很多技术目前已经得到商业的应用。
什么样的特殊再生加工工艺适合于特殊的产品取决于材料的本身，同时，也必须考虑到一系列的经济和环境问题。例如，将PUR废料和其他的一大堆肥料一起进行燃烧的话就不能达到预期的效果。但是，如果只是对很纯净的PUR进行燃烧的话，就可以将废料通过熔融而再生成为新的PUR材料。
标准法规所带来的影响
欧盟目前正对包装、汽车配件、电子电器用材料的再生以及能源的恢复执行很严厉的新的标准。这些新的标准无疑对通用塑料尤其是聚氨酯产生很大的影响。另外，在不久的将来，很多欧洲中心地带的国家将停止用填埋的方法对垃圾进行处理。
虽然在北美，再生方面的法规相对来说不是很严格，但是，越来越多的生产商及使用塑料的人群都自愿和自动地在发展再生项目。他们的目标是减少政府的强制性指令。几个商务集团，如美国聚氨酯工业协会（API）和欧盟异氰酸酯生产委员会（ISOPA）已经很积极地推出了PUR再生技术及再生理念。
材料和方法
一般的可以回收的PUR材料都来自于快速消费产品，如：日常用品、汽车、床垫、地毯衬垫和衬背以及装有软垫的沙发等。工业生产过程中的消碎片也是PUR回收材料的另外一个主要来源。
据聚氨酯回收和再生委员会（PURRC）称，PUR占所有废塑料的5%左右。同时可以回收的产品范围也比较广。特别是PUR地毯衬垫，具有很高的可回收性。2002年，美国98%的采用PUR材料生产地毯衬垫的生产商都采用PUR泡沫碎片。而在所采用的碎片中，大概有6%来自于快速消费的产品。
虽然交通也是PUR的一个主要应用领域，但是关于交通运输方面的PUR材料的回收在目前的研究还是比较少的。因为从汽车配件或零部件中分离出PUR的成本是比较高的。但是，全球的汽车制造商开始设计易于回收和再生的PUR座椅垫。反应注塑成型可以将再生料生产成汽车部件，如：缓冲器外壳和保护面板等，这种方法目前已经在很多的领域得到了应用。
在PUR产品的再生过程中所用到的方法都是能源的再生过程，例如：烧结，然后利用烧结过程中的热量进行发电等。另外一个比较好的策略就是采用机械回收的工艺，例如：将PUR进行研磨，将PUR材料重新利用，可以填充在预成型的PUR产品中。第三种方法就是化学回收的方法，将PUR的分子链打断，使其回到单体的状态，然后再利用这些单体重新聚合成新的PUR产品。
能源的再生
当PUR成为废品——如城市中的固体废品或者是采用各种易燃材料生产的各种各样的快速消费品中的主要成分时——那么烧结以获得热能是最常用的回收方法。做为一种燃料，PUR所能提供的能量相当于同等重量的煤所提供的能量。烧结以后，PUR的体积将减少初始体积的1%，因此可以减少烧结以后的废品所占的地面面积。
机械回收
把PUR废品研磨成粉末，然后重新利用这些粉末，通过各种机械循环方法进行回收的方法。这种回收方法中的废品主要来自于工厂的碎片和边角料以及快速消费商品。见过研磨而成的PUR粉末可以当作填料应用在PUR泡沫或弹性体中。当充当填料时，研磨而成的粉末通常最先加入到多羟基化合物的加工过程中。对于成型的PUR产品，如汽车座椅背等，在不影响任何外观和性能的条件下，PUR的粉末含量可以达到20%。
机械循环将PUR研磨成粉末是一个采用各种各样的研磨设备和裁切过程。作为一种填料，PUR粒子的尺寸必须小于200微米，最好是小于100微米。
PUR泡沫碎片可以通过热源、压力和胶粘剂的作用进行重新连接。重新连接通常会产生很大的噪音。和重新连接过程相似的是压粘，PUR粒子可以和交联剂一起在热和压力的条件下进行涂覆和硫化。同等高度的产品主要是通过交联时的压力控制的，这些产品包括汽车地板和轮胎盖等。
RIM和加强型RIM部件也可以制成各种小粒子，这些粒子可以在高压和热的条件下形成汽车工业用固体部件。这些热压成型的固体部件含有RIM的回收料可以达到100%。
化学回收
将PUR分子链进行破坏而成小分子物质，也就是通常所说的化学分析，是PUR回收过程中的最重要的方法之一。由回收单体而成的PUR产品的性能通常能与纯PUR单体加工的产品的性能是很类似的。化学分析方法可以从半硬质的泡沫材料中提取90%的多羟基化合物。采用这种回收单体进行生产的量能占到配方中的30%。据说硬质泡沫也能收到同样的效果。
化学回收存在如下几个重要的过程：
水解，PUR废品可以在热和压力的条件下进行水解，产生聚酯多羟基化合物和二元胺，这些成分可以进行分离、提纯和再利用。
生物醇降解，在这种条件下，PUR泡沫与二醇在温度较高（超过200℃）和催化剂的条件下进行反应。高分子量聚氨酯链和很多的其他的支链都会在这个过程中形成低分子量多羟基化合物和其他的液体产品。提纯之后，多羟基化合物可以用来生产各种不同的产品如硬质泡沫，软质泡沫和鞋底。很多关于生物醇解方面的降解目前已经在很多的欧洲国家得到了应用。
氨解，将PUR泡沫在热和压力以及氨条件下进行反应的回收过程。但是这种回收方法还处于研究阶段。
结 论
回收聚氨酯已经研究了很多年了，但是最近才出现循环的高峰。但是随着土地资源的有限以及政府政策的强制执行以及环保所带来的压力的增大，聚氨酯的回收也变得越来越重要，各种不同的回收方法也起着举足轻重的作用。
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