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        尼龍阻燃劑的種類和技術發展趨勢

        2021-06-16 已有132人瀏覽 皖燃科技

        尼龍(PA)是分子主鏈中含有酰胺鍵的熱塑性工程塑料。PA種類繁多,主要有PA6、PA66、PA610、PA1010、PA11等,其中PA6和PA66的商業生產和實際應用最為成功。PA材料垂直燃燒等級達到UL94V-2級,極限氧指數(LOI)約為24%,在室溫下會自動熄滅,具有一定的阻燃性能。然而,隨著應用范圍的不斷擴大,電子電器、建筑等領域對PA的阻燃性能提出了更高的要求,需要垂直燃燒等級達到UL94V-0級,LOI達到28%以上。所以尼龍阻燃勢在必行。

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        01、尼龍阻燃方式

        (1)使用添加阻燃劑:添加阻燃劑通過共混將阻燃劑分散在基體中,制備阻燃PA。雖然這種方法容易影響材料的機械性能,但步驟簡單,設備投資少,應用廣泛,是制備阻燃PA的主要方法。

        (2)使用反應阻燃劑:反應阻燃劑是將阻燃劑分子中的阻燃官能團通過共聚的方式連接到PA上,制備阻燃PA。該方法阻燃效率高,阻燃效果持久,解決了阻燃劑的暴露和遷移問題,但步驟復雜,設備投資大,工業應用有限。


        02、添加阻燃劑的類型

        鹵制阻燃劑

        鹵素阻燃劑主要包括溴阻燃劑和氯阻燃劑。其應用范圍廣,產量和需求量大,國內需求比例達到阻燃劑需求的30%以上。常規鹵系阻燃劑有雙(六氯環戊二烯)環辛烷、十溴二苯醚、四溴雙酚A等。盡管鹵系阻燃劑有許多優點,但在阻燃過程中會產生有毒氣體。一些鹵素阻燃劑被禁止在斯德哥爾摩公約和歐盟REACH法規中使用。

        必須創新現有產品,開發新型鹵素阻燃劑。溴化聚苯乙烯(BPS)和十溴二苯基乙烷作為新型高效阻燃劑的代表,在保持阻燃性能的同時,更加環保安全,是鹵素阻燃劑的重要發展方向。三氧化銻、錫酸鋅、硼酸鋅和鹵制阻燃劑具有良好的協同作用,與BPS、十溴二苯基乙烷聯合使用時,可獲得阻燃性能優異、能抑煙的鹵制阻燃PA。

        氮阻燃劑

        氮阻燃劑主要有三聚氰胺(MA)、聚磷酸三聚氰胺(MPP)、三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)。氮阻燃劑因其環境友好、抗紫外線、阻燃效率高而成為國內外研發的熱點。氮阻燃劑的阻燃機理一方面是氣相在燃燒過程中受熱分解產生的N2、CO2、H2O等不可燃氣體,稀釋了可燃氣體的濃度。另一方面,固相在加熱時在材料表面形成炭層,起到隔熱、隔氧、抑煙的作用。氮阻燃劑通常與三氧化二銻、鹵阻燃劑和磷阻燃劑一起使用。

        磷阻燃劑

        磷阻燃劑分為無機磷阻燃劑和有機磷阻燃劑,其中無機磷阻燃劑主要包括紅磷阻燃劑和聚磷酸銨、磷酸鹽及其衍生物,有機磷阻燃劑包括亞磷酸酯、有機磷酸酯和有機次磷酸鹽。在有機磷阻燃劑中,次磷酸鹽阻燃劑因其優異的阻燃性能和環境友好而受到廣泛關注。

        膨脹阻燃劑

        膨脹阻燃劑(IFR)在PA阻燃系統中越來越受到重視。IFR通常由氣源、酸源和炭源組成。氣源在高溫下分解氣體,酸源在高溫下分解酸性物質,炭源在高溫下可形成炭層。常見的IFR主要是氮磷協效IFR,結合了氮阻燃劑和磷阻燃劑的優點。例如,可以使用三聚氰胺、氨基苯磺酸和多磷酸銨作為原料制備單分子膨脹阻燃劑,阻燃PA11。

        金屬氧化阻燃劑

        氫氧化鎂(MH)和氫氧化鋁(ATH)在金屬氧化物阻燃劑中應用最廣泛,國內對ATH阻燃劑的需求在所有阻燃劑的需求中所占比例最大,高達總量的31%。

        Sb2O3在阻燃劑中的應用也非常廣泛,Sb2O3與鹵系阻燃劑、氮系阻燃劑等合作使用。

        無機納米阻燃劑

        無機納米阻燃劑具有阻燃效率高、環境友好、相容性好等優點,已成為當前研究的熱點話題之一。它包括埃洛石(HNTs)、碳納米管(CNTs)、多層硅酸鹽(高嶺土、蒙脫土等粘土物質)顆粒等。


        03、反應阻燃劑

        反應阻燃劑一旦引入PA,就能獲得阻燃效果好、阻燃性能持久的阻燃PA。舉例來說,可以通過9,10-2氫-10[2,3-2(羥基碘基)丙基]-10-磷雜菲-10-氧化物(DDP)和3-羥基苯基氧膦基丙酸(3-HPP)上的羧基和鈉-己內酰胺進行縮聚反應,制備阻燃PA6。

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        04、阻燃新技術和發展方向

        生物阻燃劑:

        生物阻燃劑具有良好的發展前景。殼類動物的殼聚糖和谷類植酸可形成氮磷合效阻燃劑,涂層后可使PA66織物無熔滴,加速炭層的形成,提高阻燃性能。

        有學者用玉米淀粉代替膨脹阻燃劑IFR配方中的季戊四醇和聚磷酸銨使用涂層技術,在PA1010中用紫外線法固化生物基膨脹阻燃劑,發現熱釋放速度高于原來。

        阻燃新技術:

        技術創新可以為PA提供更多的阻燃方法和改性方向。

        PA常見的阻燃技術包括添加偶聯劑、微膠囊化、阻燃母粒法等。,在現有研究中取得了良好的效果,提高了PA的阻燃性能,改善了相容性差的問題。交聯阻燃技術作為一種新型的交聯阻燃技術,具有降低成本、抑制煙氣、減少污染等優點。

        研發方向:

        氮阻燃劑和磷阻燃劑與基體相容性差的問題可以通過微膠囊法和母粒法來改善。氮磷復合系統作為環保膨脹阻燃劑的代表,具有廣闊的應用前景。為了獲得合適的阻燃性能,金屬氧化物阻燃劑需要聯合使用,以較低的用量。

        阻燃劑的發展有兩個主要方向:一是通過不同系統的復合、交聯阻燃和涂層阻燃的有機結合,使阻燃PA技術向提高綜合性能的方向發展;另一種是通過生物基PA、生物源阻燃劑和環保粘土的結合,阻燃PA向環保方向發展。


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