聚烯烃及其弹性体用无机阻燃剂

聚烯烃及其弹性体用无机阻燃剂

        无机阻燃剂在阻燃剂家族中有着特别关键的位置,因为其毒性、腐蚀性及其费用较低且在燃烧时释放的有害气体、烟雾较少,因而它是较早使用于聚烯烃及其弹性体阻燃的阻燃剂之一。

多见的无机阻燃剂包含层状双氢化合物(LDH)、氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MH)、硼酸锌(ZB)、膨胀石墨及其其它硅酸盐类材料如海泡石、蒙脱土(MMT)及其埃洛石等。在无机阻燃剂中,工业生产使用量最高的是氢氧化铝(ATH)及其氢氧化镁(MH)。这其中,ATH的使用更加普遍,它是一种粉末状白色固体,其粒径为微米或纳米,市面上多见粒径为1.5~3.5μm。通常,阻燃剂添加量为50%~60%时,复合材料有着优良的阻燃性能。

科研人员用ATH阻燃LDPE材料,添加55%ATH阻燃剂后,阻燃LDPE材料在400℃的质量损失速率显著降低,LDPE/ATH材料有着优良的耐热稳定性。MH的销量及使用仅次ATH,为全球销量第二大的无机阻燃剂。其耐热稳定性较高,分解溫度高过320℃。当溫度超过450℃时,MH脱去结晶水,质量损失为31%。因为其有着更好的耐热稳定性,它通常用以匹配加工溫度较高的(200~225℃)的树脂及弹性体(ABS及ABS高胶粉等)。可是无机阻燃剂普遍存在添加量大、阻燃效率低等缺陷,大批量添加亦会对基材力学性能有显著影响。研究表明,应对以上缺陷的首要方式 有:(1)添加相容剂;(2)无机阻燃剂的超细化;(3)无机阻燃剂表面改性及微胶囊化处理,除以上方式 外,可进行复配有机及无机阻燃剂的方式 以提高材料的阻燃性能。

科研人员制取阻燃协效剂—改性Fe-蒙脱土(Fe-OMT),以降低阻燃PP复合材料中MH的加入量并维持材料阻燃性能。结果显示,伴随PP/MH/Fe-OMT复合材料中Fe-OMT成分的提高,其LOI随着升高;当Fe-OMT成分实现5%时,垂直燃烧(UL94)可实现V-1级。制取了不同粒径及其不同表面改性剂处理的ATH,并用以EVA基材料阻燃。结果显示,阻燃剂粒径越小其阻燃作用越佳;且采用含硅偶联剂处理的ATH阻燃剂具备更佳的阻燃作用。根据不同官能团化合物(羟基、羧基、丙烯酸、金属络合物、丙烯酸丁酯及其顺丁烯二酸酐)对无机阻燃剂完成表面改性,从而改进复合材料的力学性能及阻燃性能。该研究表明,根据带有羟基和羧基的高聚物改性后,ATH与PE具备较好的分散性,并且该方式显著提高了材料在CONE测试中的燃烧性能指标,带有羟基或羧基的改性ATH兼具阻燃和改进材料力学性能的特性。