ABS樹脂的常用助劑之阻燃劑介紹
阻止或延緩塑料燃燒的物質(zhì)叫阻燃劑。從燃燒的3個(gè)要素和塑料的燃燒機(jī)理考慮,要使塑料阻然,必須從其燃燒產(chǎn)生的氣相、固相和熱量3個(gè)方面著手。塑料阻燃的主要途徑列于表1中。
表1
通常阻燃劑可分為添加型和反應(yīng)型兩類。添加型阻燃劑能分散在塑料母體中,但與聚合物不發(fā)生鍵合反應(yīng);反應(yīng)型阻燃劑則與塑料母體發(fā)生聚合反應(yīng),成為主體樹脂的一種組分。塑料阻燃采用的具體方法概括起來主要有添加鹵素類阻燃劑、磷類阻燃劑或無機(jī)阻燃劑等。塑料阻燃可單獨(dú)使用上面任一類阻燃劑,也可復(fù)合使用兩種或多種阻燃劑。事實(shí)上,一般都使用復(fù)合阻燃劑。無機(jī)阻燃劑價(jià)廉,燃燒時(shí)消煙,無滴落,無污染,毒性小,但添加量大,有的甚至要加到60% ~ 70%才有阻燃效果,從面對(duì)塑料性能影響較大,目前較少單獨(dú)使用。鹵素類、磷類阻燃劑,添加量少,阻燃性好,對(duì)塑料性能影響小,故多采用,且多與無機(jī)阻燃劑結(jié)合使用。
ABS樹脂阻燃劑
在有機(jī)阻燃劑中,鹵素類有機(jī)阻燃劑由于阻然效率高,添加量少,在塑料阻燃中一直起著十分重要的作用,其中溴類阻燃劑年耗量比氯類阻燃劑高。ABS常用的有機(jī)阻燃劑有十溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚、四溴雙酚A、雙(三溴苯氧基)乙烷、苯氧基四溴雙酚A碳酸酯齊聚物、雙(三溴苯氧基)乙烷雙醚、六溴環(huán)十二烷、六溴苯、氯化聚乙烯、全氯環(huán)戊癸烷、溴化聚苯乙烯等。鹵素與銻的協(xié)同體系是目前應(yīng)用最廣泛的阻燃體系,其燃燒所生成的鹵化銻的分解溫度范圍與大多數(shù)聚合物的熱分解溫度范圍比較一致,而且添加金屬氧化物還可對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié),如氧化鐵可使其分解溫度下降50~100℃,氧化鈣、氧化鋅可使其分解溫度升高25~50℃。新的協(xié)同阻燃體系還有鹵素-硅體系、鹵家-磷體系、鹵素-氮體系等。
無機(jī)阻燃劑主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻、硼酸鋅、絲鈉鋁石、無機(jī)磷系阻燃劑等,目前多是填料型阻燃劑,添加量大,對(duì)材料性能和加工工藝有不利影響,需進(jìn)行超徽細(xì)化、微膠囊化或表面改性處理。三氧化二銻主要與鹵素阻燃劑復(fù)合使用,鹵紊與銻的摩爾比一般為3:1。無機(jī)磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸鐵、磷鹽等,其中紅磷的燃燒值大,為24000kJ/Kg,其在ABS中的用量不能過大。目前已有微膠囊化紅磷和白化紅磷供應(yīng)。如BASF公司用雙酚A聚碳酸酯在三氯甲烷溶劑中處理紅磷,制成粉狀改性紅磷阻燃劑,效果較好。日本化學(xué)工業(yè)公司將紅磷粉懸浮在水溶液中,加鋁鹽溶液,用NaOH調(diào)pH到4 ~ 10,使紅磷表面附有一層Al(OH)3,再用Cu、Fe、Ni、Sb等重金屬鹽溶液處理,可制得用于各種樹脂的阻燃劑。
有機(jī)硅阻燃劑是近年來正在開發(fā)的新型無鹵阻燃荊,也是一種成碳型抑煙劑,它在賦予聚合物優(yōu)異阻燃抑煙性的同時(shí),還改善材料的加工性能,提高材料的機(jī)械性能,特別是低溫沖擊強(qiáng)度。有機(jī)硅阻燃劑與鹵素類阻燃劑、金屬皂、氫氧化鋁、多磷酸胺、SiO2等有協(xié)同作用,能促進(jìn)炭化層的形成,提高阻燃性,抑制煙霧,防止融滴。在ABS樹脂中,有機(jī)硅一金屬皂復(fù)合體系比十淇聯(lián)苯醚,Sb2O3復(fù)合體系的阻燃效果要好。在有機(jī)硅,金屬皂復(fù)合體系中,添加SiO2能夠明顯促進(jìn)SiC形成,有助于復(fù)合體系阻燃性的提高。常用的有機(jī)硅阻燃劑有硅酮化合物、硅樹脂、硅橡胺等。
表1
阻燃途徑 | 采取的具體措施 |
提高塑料的熱穩(wěn)定性 | 交聯(lián)、工具與高分解溫度塑料共混 |
提高塑料的導(dǎo)熱性 | 添加無機(jī)填料或與導(dǎo)熱性高的塑料共混 |
稀釋可燃物和氧氣 | 添加無機(jī)填料或能分解難燃?xì)怏w的阻燃劑 |
添加自由基抑制劑 | 添加鹵素或磷類阻燃劑 |
稀釋或吸收燃燒過程中產(chǎn)生的熱量 | 添加含結(jié)晶水的無機(jī)填料、低分子液體能分解吸收大量熱量的物質(zhì) |
隔絕氧或炭化塑料保護(hù) | 加入炭化劑 |
通常阻燃劑可分為添加型和反應(yīng)型兩類。添加型阻燃劑能分散在塑料母體中,但與聚合物不發(fā)生鍵合反應(yīng);反應(yīng)型阻燃劑則與塑料母體發(fā)生聚合反應(yīng),成為主體樹脂的一種組分。塑料阻燃采用的具體方法概括起來主要有添加鹵素類阻燃劑、磷類阻燃劑或無機(jī)阻燃劑等。塑料阻燃可單獨(dú)使用上面任一類阻燃劑,也可復(fù)合使用兩種或多種阻燃劑。事實(shí)上,一般都使用復(fù)合阻燃劑。無機(jī)阻燃劑價(jià)廉,燃燒時(shí)消煙,無滴落,無污染,毒性小,但添加量大,有的甚至要加到60% ~ 70%才有阻燃效果,從面對(duì)塑料性能影響較大,目前較少單獨(dú)使用。鹵素類、磷類阻燃劑,添加量少,阻燃性好,對(duì)塑料性能影響小,故多采用,且多與無機(jī)阻燃劑結(jié)合使用。
ABS樹脂阻燃劑
在有機(jī)阻燃劑中,鹵素類有機(jī)阻燃劑由于阻然效率高,添加量少,在塑料阻燃中一直起著十分重要的作用,其中溴類阻燃劑年耗量比氯類阻燃劑高。ABS常用的有機(jī)阻燃劑有十溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚、四溴雙酚A、雙(三溴苯氧基)乙烷、苯氧基四溴雙酚A碳酸酯齊聚物、雙(三溴苯氧基)乙烷雙醚、六溴環(huán)十二烷、六溴苯、氯化聚乙烯、全氯環(huán)戊癸烷、溴化聚苯乙烯等。鹵素與銻的協(xié)同體系是目前應(yīng)用最廣泛的阻燃體系,其燃燒所生成的鹵化銻的分解溫度范圍與大多數(shù)聚合物的熱分解溫度范圍比較一致,而且添加金屬氧化物還可對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié),如氧化鐵可使其分解溫度下降50~100℃,氧化鈣、氧化鋅可使其分解溫度升高25~50℃。新的協(xié)同阻燃體系還有鹵素-硅體系、鹵家-磷體系、鹵素-氮體系等。
無機(jī)阻燃劑主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻、硼酸鋅、絲鈉鋁石、無機(jī)磷系阻燃劑等,目前多是填料型阻燃劑,添加量大,對(duì)材料性能和加工工藝有不利影響,需進(jìn)行超徽細(xì)化、微膠囊化或表面改性處理。三氧化二銻主要與鹵素阻燃劑復(fù)合使用,鹵紊與銻的摩爾比一般為3:1。無機(jī)磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸鐵、磷鹽等,其中紅磷的燃燒值大,為24000kJ/Kg,其在ABS中的用量不能過大。目前已有微膠囊化紅磷和白化紅磷供應(yīng)。如BASF公司用雙酚A聚碳酸酯在三氯甲烷溶劑中處理紅磷,制成粉狀改性紅磷阻燃劑,效果較好。日本化學(xué)工業(yè)公司將紅磷粉懸浮在水溶液中,加鋁鹽溶液,用NaOH調(diào)pH到4 ~ 10,使紅磷表面附有一層Al(OH)3,再用Cu、Fe、Ni、Sb等重金屬鹽溶液處理,可制得用于各種樹脂的阻燃劑。
有機(jī)硅阻燃劑是近年來正在開發(fā)的新型無鹵阻燃荊,也是一種成碳型抑煙劑,它在賦予聚合物優(yōu)異阻燃抑煙性的同時(shí),還改善材料的加工性能,提高材料的機(jī)械性能,特別是低溫沖擊強(qiáng)度。有機(jī)硅阻燃劑與鹵素類阻燃劑、金屬皂、氫氧化鋁、多磷酸胺、SiO2等有協(xié)同作用,能促進(jìn)炭化層的形成,提高阻燃性,抑制煙霧,防止融滴。在ABS樹脂中,有機(jī)硅一金屬皂復(fù)合體系比十淇聯(lián)苯醚,Sb2O3復(fù)合體系的阻燃效果要好。在有機(jī)硅,金屬皂復(fù)合體系中,添加SiO2能夠明顯促進(jìn)SiC形成,有助于復(fù)合體系阻燃性的提高。常用的有機(jī)硅阻燃劑有硅酮化合物、硅樹脂、硅橡胺等。
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