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尼龙阻燃的最新研究进展

尼龙,即聚酰胺(PA,是主链上含有酰胺基团(-NHC0-)的高分子化合物,是重要的工程树酯,居五大通用工程塑料(PA,PC,POM,PBTT/PET,PPO)之首,在日常生活和工业领城的应用十分广泛。根据聚酰胺单元链节中含碳原子数目不同可分为PA6,PA11,PA12,PA46,PA66,PA610,PM612,PA1010等。其中PA6,PA66应用最广泛,产量最大

。作为一种广泛应用的材料,尼龙大多面临比较苛刻的使用环境,如高温度、高湿度、高电压等。因此尼龙的阻燃性能在许多场合成为一个至关重要的因素。尼龙中常用的阻燃剂包括,磷系阻燃剂,氮系阻燃剂,无机阻燃剂等三种。

1磷系阻燃剂:
含磷阻燃剂主要在固相发生作用,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,在聚合物表面形成石墨状碳化膜,使聚合物与空气隔绝;脱出的水气吸收大量的热,使聚合物表面温度下降。在气相中,磷系阻燃剂受热分解释放出挥发性磷化物。适用于聚酰胺的磷系阻燃剂主要有赤磷、聚磷酸氨、磷胺、磷酸三甲苯酯等。
(1)红磷:
红磷的优点是有效磷含量高,在燃烧时比其它含磷化合物产生更多的磷酸。达到相同的阻燃等级时,红磷的添加量比其它的阻燃剂更低。作为阻燃剂的红磷的主要缺点是它的红颜色、易燃和通过与水反应生成高毒性的磷化氢(膦)。
(2)聚磷酸铵(APP):
聚磷酸铵(APP)通过降低聚酰胺的降解温度、改变最终气相产物的组成参与了聚酰胺的热降解过程,同时在聚合物基体上形成蜂窝状炭化覆盖层,隔断两相界面的热量和物质传递,起到了保护基体的作用。加入一些无机添加剂。如滑石粉,MnO2,ZnCO3,CaCO3,Fe2O3,Al(OH)3等,可使聚磷酸铵的阻燃效果增加。在APP加量为20%的尼龙6中加入以上一种添加剂(约1.5%-3.0%),LOI值从25升至35~47,达到V-0级。
2氮系阻燃剂
氮系阻燃剂低毒、不腐蚀、对热和紫外线稳定、阻燃效率好且廉价。缺点是以其阻燃的塑料加工困难,在基材中分散性较差。通用于尼龙的氮系阻燃剂主要有MCA、蜜胺(三聚氰胺)、MPP(三聚氰胺聚磷酸盐)等。关于其阻燃机理,一方面是“升华吸热”的物理阻燃方式,即通过阻燃剂的“升华吸热”降低聚合物材料的表面温度并隔绝空气而达到阻燃的目的,另一方面是凝聚相中阻燃剂与尼龙相互催化直接碳化膨胀机理。
(1)MCA:
MCA是一种优良的阻燃剂,具有无卤、低毒、低烟等优点。但传统的MCA熔点高(400℃以上直接分解和升华),只能以固相粒子形态与树脂所共混复合,因此分散不均匀,分散相尺寸大,影响其阻燃效果。
(2)IFR(膨胀阻燃剂):
膨胀阻燃剂优于含卤阻燃剂之处在于其燃烧时烟雾小,而且放出的气体无害。另外,膨胀阻燃剂生成的炭层可以吸附熔融、着火的聚合物、防止其滴落传播火灾,研究中用于膨胀阻燃剂主要有以下几种:气源(三聚氰胺类)、酸源(磷氮阻燃剂)、碳源(PA本身)以及辅助协同阻燃剂如硼酸锌、氢氧化铝,还有防滴落剂等。
3无机阻燃剂:
无机阻燃剂具有毒性低、热稳定性好,不产生腐蚀性气体,不析出,发烟量小,有持久的阻燃效果等优点。适用于聚酰胺的无机阻燃剂有红磷、聚磷酸铵、磷铵、三氧化二锑、硼酸锌、氢氧化镁、铁的各种氧化物等。阻燃尼龙6用的氢氧化物阻燃剂主要是氢氧化镁,氢氧化镁使用时需要解决分散,与基体相容性等一系列问题。常用于改善Mg(OH)2与尼龙相容性的方法有:(1)用偶联剂对其表面进行处理;(2)研制大分子界面改性剂对其表面进行处理;(3)采用纳米技术对其表面进行处理。