关于高聚合度聚磷酸铵的改性和研究应用

聚磷酸铵(AmmoniumPolyphosphate以下简称APP)是磷系阻燃剂的主要品种,应用领域广泛。由于它燃烧时不产生有毒物质,成为膨胀型阻燃剂的主要成份。由于聚磷酸铵含磷量高、含氮量多,具有热稳定性好、水溶性小、近于中性、阻燃效能高等优点,该产品已成为国内外研究的热点。

磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒的优点,具有良好的发展前景。特别是瑞士的研究机构1986年发现了卤素阻燃剂及其阻燃的高聚物材料在高温下热分解产生有毒的多溴二苯英(pbdd)和多溴二苯并呋喃(pbdf),这就给卤系阻燃剂的发展带来严峻的挑战。另据报导,欧洲共同体已提出限制该类阻燃剂的使用,今后将逐渐淘汰。基于上述情况,磷系阻燃剂得到了高速增长。1993年其消耗量仅为7.716kt,而1998年则高达57.568kt,增长了近6.5倍。

由于聚磷酸铵的生产受到条件的限制,一般制得的聚磷酸铵与有机材料的相容性不好,不能完全达到力学性能要求,为了使其能够发挥阻燃作用,在很多情况下都需要对其表面进行改性。

以APP为基础的膨胀型阻燃剂(IFR)在聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等塑料的阻燃中显示出优良的阻燃作用,是目前阻燃技术研究的热点。但是,通常APP的热稳定性仍不能满足象PP这样的聚合物的加工要求,而且APP还存在吸湿性较大的缺点,限制了它在电子材料上的应用,因此必须对APP进行某种改性处理才能使用。

如前所述,APP与某些高分子材料相容性较差,易从聚合物制品中渗出而流失,降低了它的阻燃性能。再者,APP的热稳定性较差,受热分解产生小分子化合物,难以满足在较高温度下塑料加工的要求。采用微胶囊技术(MC)对APP进行包覆处理,使APP表面涂有包覆材料,从而改变APP的性能。根据所需的阻燃基料种类,选择合适的囊材,MC化的阻燃剂加入后增加与聚合物的相容性,从而减少和消除阻燃剂对聚合物制品物理、机械和电性能的不利影响。

可用于包覆材料的种类很多,一般选用耐热性较高的聚脲、蜜胺树脂、环氧树脂、季戊四醇等,不仅可以改善其操作性,而且有利于环境保护。

偶联剂是一类具有两亲结构的有机化合物,它可以使性质差别很大的材料紧密结合起来,从而提高材料的综合性能。目前使用量最大的偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等,其中硅烷偶联剂是品种最多、用量最大的一类。硅烷、硅氧烷、铝酸酯等本身具有一定的阻燃性,加到APP中,既可以增加其阻燃性,对其吸湿性也有一定的改善,同时也能够改善材料的韧性、耐热性以及吸水率。另外,利用硅烷偶联剂还可以将小分子有机物加到APP分子链上,改善其吸湿性。

膨胀型防火涂料是近年来发展起来的一种新型防火涂料。这种防火涂料不同于以往的防火涂料,它的涂层很薄,仅为0.3～0.5mm,但遇火后很快就膨胀为厚达10～25mm的泡沫层,这种泡沫层导热系数低,可以大大延长耐火时间(一般为30～40min)。这种涂料广泛应用于木材、纤维板、胶合板的阻燃。另外该种涂料还用于保护钢铁构件(尤其是大跨度的),在构件上涂覆膨胀型防火涂料后,着火时厚厚的隔热层保护了钢材,降低了温度,保持了钢材强度,从而赢得了时间。

膨胀型阻燃剂系以磷、氮为阻燃元素的阻燃剂,它一般不含卤素,因而也不需要采用锑协效剂。含有这类阻燃剂的高聚物受强热或燃烧时,表面能生成一层均匀的多孔炭质泡沫层。该泡沫层隔热、隔氧、抑烟,并能防止产生熔滴,因而具有良好的阻燃及抑烟功能。

膨胀型阻燃剂系由酸源(脱水剂)、炭源(成炭剂)及气源(发泡剂)组成。该种阻燃剂必须与被阻燃的高聚物相匹配(包括热行为、受热条件下形成的物种及其他等)才能发挥作用。

APP是一类用途广泛的阻燃剂,应加强对它的研究,开发出物美价廉的产品,满足塑料行业的需要。由于该产品的特殊性,生产设备是影响产品的关键,建议引进专用设备以推进该类工业的发展。还应加强该类产品的改性研究,以利应用工作的进行,尽快使国产的膨胀型阻燃剂问世。

 

 

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