
阻燃剂其按元素种类分为:卤系、磷系、卤-磷系、氮系、硅系、铝镁系等,按化学结构分为无机阻燃剂、有机阻燃剂、高分子阻燃剂等,按阻燃剂与被阻燃材料关系分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。
磷系阻燃剂单独使用时阻燃效果不佳磷系阻燃剂起阻燃作用在于促使高聚物初期分解时的脱水而碳化。这一脱水碳化步骤必须依赖高聚物本身的含氧基团,对于本身结构具有含氧基团的高聚物。它们的阻燃效果会好些。对于聚丙烯来讲,由于本身的分子结构没有含氧的基团,单独使用磷系阻燃剂时阻燃效果不佳,但是如果与Al(0H)3和Mg(OH)2等复配即可产生协同效应,从而得到良好的阻燃效果。
磷系阻燃剂中有机磷系品种大多是油状,在高聚物加工过程中不易添加,一般在聚氨酯泡沫、软PVC、变压器油、纤维素树脂、天然和合成橡胶中使用。
在当今,传统溴系虽然阻燃效果很好,但由于其中相当多的一部分对环境不友好,甚至对人体产生很大的危害,例如多溴联苯醚系列。无卤阻燃剂也就成了人们的追逐方向,而磷系阻燃剂又是无卤阻燃剂中的重中之重。磷系虽然阻燃效果次于溴系,但是由于它对环境比较友好,没有什么危害,因此,它的使用范围越来越广阔,人们也对它越来越重视,需求量激增,在这种情况下,诸多学者钻研此道,开发出了很多新型的磷系阻燃剂产品。磷系阻燃剂也开始逐渐地占领阻燃剂市场。
磷系阻燃剂主要分为无机磷系和有机磷系阻燃剂。含磷无机阻燃剂最主要的产品有红磷阻燃剂、磷酸铵盐和聚磷酸铵等。无机磷系的优点是稳定性好、不会发、不产生腐蚀性气体、效果持久并且毒性低。其中,红磷阻燃剂的阻燃效果明显优于磷酸酯类。
有机磷系阻燃剂主要有有磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、丙苯系磷酸酯、丁苯系磷酸酯等。磷酸酯类的特点是具有阻燃与增塑双重功能。它可使阻燃剂实现无卤化,其增塑功能可使塑料成型时流动加工性变好,可抑制燃烧后的残余物。产生的毒性气体和腐蚀性气体比卤系阻燃剂少。其主要优点是效率较高;对光稳定性或光稳定剂作用的影响较小;加工和燃烧中腐蚀性小;有阻碍复燃的作用;极少或不增加阻燃材料的质量。但大多数磷酸酯类阻燃剂也存在着一些缺点。如耐热性差、挥发性大、相容性不理想,而且在燃烧时有滴落物产生等。
含磷添加剂主要在凝聚相中作用,它的阻燃机理如下:
①形成磷酸配作为脱水剂,并促进成炭,炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导。
②磷酸可吸热,因为它阻止了CO氧化为CO2,降低了加热过程。
③对凝聚相形成一层薄薄的玻璃状的或液态的保护层,因此降低了氧气扩散和气相与固相之间的热量和质量传递,抑制了炭氧化过程,降低了含磷阻燃剂受热分解发生如下变化:磷系阻燃剂→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸,聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物,具有强脱水性,在聚合物表合物与空气隔绝;脱出的水气吸收大量的热,使聚合物表面阻燃剂受热分解释放出挥发性磷化物,经质谱分析表明,存氢原子浓度大大降低,表明PO*捕获H*,即PO*+H*=HPO。
卤系(溴系)阻燃剂是目前产量最大应用最多的阻燃剂之一。其阻燃机理主要是在添加了阻燃剂的材料燃烧时阻燃剂分解释放出卤化氢,卤化氢捕获自由基,阻止传递燃烧链,生成活性较低的卤自由基从而减缓或中止燃烧,卤化氢和燃烧时生成的卤素自由基具有非挥发性和低迁移性,容易在燃烧的表面对氧气产生稀释作用从而也有利于阻止燃烧,市场常用品种目前有近百种。包括十溴二苯醚,四溴双酚A,八溴醚,溴化环氧树脂,十溴二苯乙烷,四溴醚,溴代聚苯乙烯,六溴环十二烷及氯化石蜡,得克隆,CPE等。
卤系阻燃剂主要应用在热塑性塑料和热固性树脂中,热塑性塑料中阻燃剂的应用以溴系的十溴二苯醚,十溴二苯乙烷,八溴醚,溴代聚苯乙烯等为主,卤系阻燃剂具有阻燃效率高,价格适中,对阻燃制品性能影响小,与塑料等相溶性好,使用方便,加工性能好等诸多优点。因此受到市场的青睐。在电子电器,汽车,建筑,包装,纺丝等行业的塑料制品阻燃中由于对材料的机械性能要求苛刻,卤系阻燃剂几乎是一枝独秀。卤系的十溴二苯醚,十溴二苯乙烷,四溴双酚A等在阻燃热固性树脂方面也有非凡表现,但有被价格低廉的无机阻燃剂和磷系取代的趋势。