阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势

阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势
阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势

收稿日期:2007-06-21

作者简介:纪 巍(1983-),女,黑龙江省鹤岗市人,硕士研究生。联系人:王 鉴,电话:(0459)6503379,E 2mail :mrwj163@https://www.360docs.net/doc/6f1444506.html, 。

文章编号:1004-9533(2008)02-0177-06

阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势

纪 巍,王 鉴,董 群,张学佳

(大庆石油学院,化学化工学院,黑龙江大庆163318)

摘要:概述了塑料的燃烧机理和阻燃剂的分类及其作用机理,重点探讨了阻燃剂在塑料中的应用,

最后指出了塑料阻燃剂今后的发展趋势。关键词:塑料;燃烧;阻燃剂;应用;发展趋势中图分类号:T Q3141248 文献标识码:A

Development and Application of the Flame R etardants for Plastic

J I Wei ,W ANGJian ,DONG Qun ,ZH ANG Xue 2jia

(Chemistry and Chemical Engineering C ollege ,Daqing Petroleum Institute ,Daqing 163318,Heilongjiang Province ,China )

Abstract :The mechanism and process of plastic burning were introduced and the basic theory and the categ ory of flame retardants were summarized ,especially the application in plastic was discussed.At last ,the developing tendency of the flame retardants were prospected.

K ey w ords :plastic ;burning ;flame retardant ;application ;developing tendency

塑料作为合成的高分子材料,由于它具有良好的成型性、成膜性、绝缘性和耐酸碱性及低透气、透水性以及易着色、外观鲜艳等特点,广泛用于人们生活各个方面。塑料与大多数高分子材料一样都有一个致命的缺点,在高温下易分解、燃烧,同时在燃烧过程中还生成大量的浓烟和有毒有害的气体,对生

态环境及人们的身体健康造成巨大的危害[1]

。为保护自然生态环境与人类健康,高分子材料的阻燃问题亟待人们解决,深入阻燃机理的研究及新型阻燃剂的研发和扩大应用对社会和谐发展具用重大意义。

1 塑料的燃烧机理及阻燃剂特性

111 塑料的燃烧机理

塑料的燃烧是一个复杂的物理化学过程。不同塑料的燃烧机理也不完全相同,人们常用氢2氧,甲

烷2氧等简化系统描述其燃烧机理。塑料燃烧过程是一个自由基反应过程,塑料与氧作用后生成H O ?及O ?,这些自由基又与塑料作用生成新的自由基,使链反应继续下去,起燃的敏感性和燃烧速率与

H O ?及O ?自由基生成的难易和速率有关[2]

塑料的燃烧主要受两个因素影响:1)塑料的组成和结构直接影响,其热分解温度的高低和形成H O ?及O ?的速度。

2)供氧情况,国际上通用极限氧指数(LOI ,简称氧指数)来判断塑料的燃烧性能。LOI 值愈低,表示塑料愈易燃烧。当塑料的LOI 值为22~25时,它具有自熄性;LOI 值达26以上即可认为难燃;当LOI 值达30以上即可认为阻燃性好。112 阻燃剂分类及作用机理

阻燃剂是能够使高分子材料不易着火燃烧或能

够减慢燃烧速度的一种助剂[3]

。无机化合物主要有氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、硼化合物;有机

2008年3月Mar.2008 化 学 工 业 与 工 程CHE MIC A L I NDUSTRY AND E NGI NEERI NG 第25卷 第2期

 V ol.25 N o.2

化合物主要包括有机卤化物约占31%(有机溴及有机氯)、有机磷化物约占22%(有机磷酸酯及有机磷2氮化合物)、有机氮、有机磷Π氮膨胀型[4]。

阻燃剂阻燃作用主要包括4种效应[5]。1)冷却效应:一些阻燃剂能够吸收塑料在燃烧时所释放的热量,使燃烧的塑料温度下降,防止它继续降解或裂解,中断可燃气体的来源,使火焰熄灭,如有机磷Π氮膨胀型阻燃剂;2)隔绝效应:在燃烧过程中产生不燃性气体或泡沫层,或形成一层液体或固体覆盖层,使燃烧过程因无氧补充而中止,如卤素阻燃剂、膨胀型石墨和多元醇及聚乙烯醇等;3)消除自由基效应:在燃烧过程中能消除裂解或热解产生的自由基O?及OH?,使燃烧的链反应中段,切断可燃气体的来源,如卤素阻燃剂;4)稀释效应:在燃烧时能释放出惰性气体,稀释可燃气体及燃烧区域中的氧的浓度,使燃烧不能进行,如硼化合物与钼化合物。在实际应用中,阻燃剂的几种阻燃效应会发挥协同作用,能起到更好的阻燃效果,既节省了用量,又提高了阻燃效率。

2 阻燃剂在塑料中的应用

据统计,全球65%~70%的阻燃剂用于塑料, 20%用于橡胶,5%用于纺织品,3%用于涂料,2%用于纸张及木材[6]。阻燃剂广泛应用于聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、ABS树脂和聚酯树脂等高分子材料中。

211 聚氯乙烯(PVC)

PVC树脂的氯含量为5618%(质量分数),本身具有自熄性。PVC软制品由于配用了大量邻苯二甲酸二辛脂(DOP)等普通可燃性阻燃剂而变得易于燃烧。为了使PVC软制品达到难燃的目的,一般使用氧化锑,或氧化锑与氯化石蜡增塑剂并用,或使用磷酸酯类增塑剂。为了提高制品的耐热性和耐冲击性,可加入氯化聚乙烯[4]。

在PVC中单独使用氧化锑就能得到阻燃性,当氧化锑和氯化石蜡并用时,阻燃效果更好。但由于使用氧化锑后制品不透明,所以在一定程度上限制了它的使用。当需要考虑PVC制品的耐寒性时,可选用烷基磷酸酯。

212 聚烯烃

聚烯烃高分子材料在日常生活中有着广泛的使用,如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)等[3],聚烯烃容易燃烧,特别是当其作为电气、电子设备的外壳和电线、电缆的包皮时,对阻燃要求更高。聚烯烃用阻燃剂最具有代表性的是含卤有机化合物与氧化锑并用。

在含卤有机化合物中,主要有氯化石蜡、全氯戊

环癸烷和含卤高分子化合物等。对于PE多采用氯化石蜡与氧化锑并用的方法,就能达到使其难燃的目的。但有降低PE拉伸强度、低温可挠性等缺点。对于PP,因为该树脂的成型温度在200℃以上,要求使用热稳定性良好的阻燃剂。氯化石蜡的热稳定性不好,在200℃下会发生分解而引起着色,所以不适用;脂肪族含溴化合物是有效的,但耐热性也差;采用全氯戊环癸烷、芳香族含溴化合物等含卤量高、耐热性较好的阻燃剂,可以克服上述缺点。全氯戊烷环癸烷对PP和PE都是同样有效的,并且不析出,阻燃效果持久。使用芳香族含溴化合物时要注意其与树脂的相容性。溴化 如1,22双(四溴苯二甲酰亚胺)乙烷(ETP B)等也是PP、PE有效的阻燃剂[4]。

近年来,由于添加型阻燃剂影响聚合物的性能,所以合成了很多含磷烯烃类阻燃剂(见图1),将这些阻燃单体与苯乙烯,甲基丙烯酸甲酯等进行共聚,相比与其它添加型阻燃剂,阻燃效果更好,更明显[3]。

英国Lancaster大学的Ebdon等[7]合成了一系列含有双键官能团的磷系阻燃单体,然后将这些阻燃单体与苯乙烯(St)和甲基丙烯酸甲酯(M M A)进行共聚,使阻燃基团和聚合物单体以共价键相结合。再对这些阻燃共聚物进行热失重分析,测定LOI及燃烧试验等,结果表明,反应型阻燃剂大大提高了聚合物的热分解温度,LOI也得到了很大提高,燃烧后其表面的炭含量有了一定程度的增加。G entilhomme 等[8]用CH

2

C(CH3)C(O)OCH(R)P(O)(OC2H5)2

与M M A单体进行共聚,R为H、C

6

H4Br和C10H7等。对其进行分析,发现在氩气和空气中的热分解机理完全不同,氧气的存在影响炭的生成,比纯PM M A 分解复杂,但氧指数都得到了不同程度的提高,能起到阻燃作用。

Banks等[9]合成了CH2CHP(O)(OC2H5)2,再将此单体与St、M M A、丙烯腈(AN)、丙烯酸(AM)进行自由基共聚,使其以共价键方式结合。通过TG A、LOI测定,结果表明LOI值都有了不同程度的提高,通过对TG A的分析,发现其对AM、AN提高较明显,

871

化 学 工 业 与 工 程2008年3月

图1 含磷烯烃类阻燃剂产品 

这是由于磷2氮协效的作用。

刘芳等[10]也采用接枝手段把含有极性基团的乙烯基单体引入非极性的PP大分子骨架,再与非卤阻燃剂如含有NH

2的P2N膨胀型阻燃剂进行大分子反应,用化学键合的方式引入具有阻燃功能的基团,从结构上改善阻燃剂与PP的相容性,阻燃PP 的LOI均得到了提高,并随着乙烯基单体含量的变化而变化。

213 聚苯乙烯(PS)与ABS树脂

PS的泡沫制品,广泛用作建筑材料和其他各个方面。通常PS制品色彩鲜艳而透明,为了不因阻燃剂的添加而影响它的用途,所以常采用相容性高的含卤磷酸酯,如磷酸三(2,32二溴丙基)酯和磷酸三(溴氯丙基)酯等作为阻燃剂;采用四溴双酚A、六溴苯等芳香族溴化物的添加量要比含卤磷酸酯要多一些,但仍可以得到透明的、耐候性好的难燃制品;当采用全氯戊环癸烷时,树脂的热力学性质和电气性质能得到良好的保持,但树脂丧失了透明性。泡沫PS的阻燃加工早先采用氯化石蜡和氧化锑并用,但这样会引起树脂软化,所以现在很少采用,转而采用四溴乙烷、四溴丁烷等脂肪族溴化物。在有机溴化物中,对于PS阻燃效果较高的是脂肪族和脂环族溴化物,而不饱和脂肪族或芳香族溴化物的阻燃效果要差一些。六溴代环十二烷广泛用在PS的阻燃上[4]。苯乙烯类树脂一般采用含卤磷酸酯和有机溴化物作为阻燃剂。

ABS由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯3种单体聚合而成。ABS树脂被广泛应用于汽车、电子电器、仪器仪表和建材等行业。ABS的LOI值为1818~2012,容易燃烧,并且燃烧时会释放出大量的有毒气体和黑烟,这不仅会造成严重的财产损失,还会给人类的生命安全和生存环境带来极大威胁。因此ABS的阻燃问题越来越受到世界各国的高度重视,研究和开发阻燃的ABS显得非常重要[11]。

改善ABS耐燃性的方法主要有以下几种[12]:1)是加入添加型小分子阻燃剂,包括有机阻燃剂和无机阻燃剂,前者包括卤素化合物、磷氮类阻燃剂等,后者包括氢氧化铝、氢氧化镁等;2)是与难燃聚合物共混,如PVC,CPE等;3)加入反应型阻燃剂,改变ABS共聚物的组分。

Suzuki等人[13]采用接枝甲基丙烯酸的方法,枝化率与普通工艺规程相同,产物在降解过程中与原来的聚合物没有很大的区别,但它增加了聚合物表面的炭化层,因而可以提高阻燃性。Wang Zhitao等人[14,15]采用Friedel2Crafts化学方法42乙烯基苯乙醇和22乙基苯乙烯磷酸(DPP)及金属卤化物内产生交联测定,证明在上述共聚物内确实存在交联反应,也可观察到炭层的形成。

214 聚酯树脂

聚酯树脂的阻燃剂有反应型和添加型两大类。添加型阻燃剂可采用氯化石蜡、氯化联苯等与氧化锑并用,或采用含卤磷酸酯。但用这些阻燃剂时树脂有软化的倾向。相反用像氯桥酸酐、四溴邻苯二甲酸酐等反应型阻燃剂,则能得到令人满意的效果。其中氯桥酸酐是最常用的,但因其耐光性较差,在日光下会变黄,所以要和紫外线吸收剂并用。聚酯树脂的制品由于在室外使用的时候很多,所以不能因为阻燃加工而使制品的耐候性变差。磷酸酯类阻燃剂有较好的耐候性。

含磷共聚多酯越来越受欢迎,而且燃烧产物一般都是无毒的,对身体,环境影响较小。Asrar和M o[16]用TPA、EG和22羧乙基苯基膦酸(CEPP)合成

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第25卷第2期纪 巍等:阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势

了PET2co2CEPP共聚物。这两种物质的磷阻燃基团

都在聚合物主链上。Zhao等[17]用TPA、EG、DDP合成了PET2co2DDP聚合物,而磷阻燃基团在聚合物支链上。对其进行热降解分析,活化能E

a

:PET2co2 DDP

3 塑料阻燃剂的发展趋势

311 无机阻燃剂的超细化

无机阻燃剂具有稳定性高、不易挥发、烟气毒性低和成本低等优点。目前,越来越受到人们的青睐。但其与合成材料的相容性较差,添加量大,使得材料的力学性能和耐热性能都有所降低。对无机阻燃剂进行改性,增强其与合成材料的相容性,降低用量成为无机阻燃剂的发展趋势之一。目前,氢氧化铝(ATH)的超细化、纳米化是主要研究开发方向。ATH的大量添加会降低材料的机械性能。而通过ATH的微细化再行填充,反而会起到刚性粒子增塑、增强的效果特别是纳米级材料。

由于阻燃作用的发挥是由化学反应所支配的,而等量的阻燃剂其粒径愈小,比表而积就愈大,阻燃效果就愈好。超细化也是从亲和性方而考虑的,正因为ATH与聚合物的极性不同,从而才导致其阻燃型复合材料的加工工艺和物理机械性能下降,超细纳米化的ATH由于增强了界面的相互作用。可以更均匀地分散在基体树脂中。从而能更有效地改善共混料的力学性能[18]。

国外许多公司为了改善无机阻燃剂的应用性能,都在对阻燃剂进行超细化,并且不止停留在对ATH的超细化。美国S oler公司的Hy fex311是粒径11μm的经过硅烷偶联剂处理的ATH;Eerozcn和Halofree是由超细的ATH和Mg(OH)2组成;氧化锑是卤化物阻燃剂的协同剂,但价格高昂而且产生大

量黑烟;日本精工公司的胶态Sb

2

O5,粒径0101~0102μm,能减小用量;美国NI公司的Oncar23A为Sb2O3与SbO2的复合物;Anzcn American公司的FFR22由氧化锑与磷化物复合而成,用于软质PVC 中可降低发烟量50%[4]。

312 有机阻燃剂的大分子化

当前阻燃技术的发展呈现出许多新的动向,大分子技术是阻燃研究中刚兴起的新技术之一,并取得了一系列成果:比如溴系阻燃剂发展的新特点是提高溴含量和增大分子质量,溴系阻燃剂的主要缺点是会降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性。燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体,所以其使用受到了一定限制。现在一些公司和研究部门正通过大分子技术来改变这种状况,如美国Ferro公司的P B268,主要成分为溴化聚苯乙烯,相对分子质量15000,含溴达68%(质量分数,下同);美国Ameribron公司的FR21025,是相对分子质量为30000~80000的聚五溴苯甲基丙烯酸酯,含溴68%[19];美国大湖化学公司的BC252、BC258为四溴双酚A聚碳酸酯共聚物,相对分子质量3000~4000,含溴量分别为52%和58%。这些阻燃剂特别适合于各类工程塑料,在迁移性、相容性、热稳定性、阻燃性等方面,均大大优于许多小分子阻燃剂,有可能成为今后的更新换代产品。

同时,国外正在积极开发大分子磷化合物,以克服其耐热性差、挥发性大的缺点,并向多功能发展。如日本的CR2720,是含磷量10%(质量分数)的芳烃磷酸酯共聚物,具有较好的耐热性和阻燃性[4]。313 阻燃剂的无卤化

卤素阻燃剂由于燃烧时会产生毒气,因而使用受到一定限制。为了减轻阻燃剂的有害作用,以获得具有使用安全性的阻燃剂,各国的有关公司都在集中力量研制高性能的无卤阻燃剂、无卤磷系阻燃剂[20]。对易燃的聚烯烃现已研制出兼有良好的加工性和物理性能的非卤阻燃制品,LOI值达34~36,发烟量大为降低,而且无毒。这种非卤阻燃剂已用于电线、电缆、绝缘材料、地铁、地下通道的密闭控制室和电子仪器。

无卤磷系阻燃剂向高含磷化发展,提高磷的含量可大大提高阻燃效果。芳香族的有机磷化合物,一般含磷10%(质量分数)左右。最近开发了脂肪族含磷大于20%的化合物。

AKI O化学公司推出了一种磷酸型的非卤阻燃剂Fyrolflex RDP,它具有地挥发性和高活化温度(300℃),应用于PVC和ABS;其他新的磷酸酯产品包括Albright2Wils on公司的用于聚烯烃的膨胀级系列; Amgard N L为pH值呈中性的阻燃剂,具有良好的热稳定性[4]。

314 新型复合增效体系

开发新型增效剂作为阻燃剂的添加剂,用于工程塑料的产品也越来越多。磷溴复合体系新品种不断问世。Borox公司的阻燃剂增效剂,Firebrake的硼

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化 学 工 业 与 工 程2008年3月

酸锌,可提供阻烟、促进焦化、防电弧作用。这些产品既可用于溴系阻燃体系,也可用于非溴系阻燃体系。它们能与溴系阻燃体系中的氧化锑竞争。如Firebrake415是水合硼酸锌,是可最有效地用于工程塑料的阻燃剂,PVC的烟雾抑制剂。Firebrake500是无水硼酸锌,具有较高热稳定性,用于高温加工的工程塑料。

Li等[21],将Mg(OH)2与膨胀型石墨复配用于乙烯和醋酸乙烯的共聚物(E VA)的阻燃,在100份(质量份)E VA中加入120份Mg(OH)2,10份膨胀型石墨时,其LOI值可达到45;M ouzheng Fu等[22],将Mg(OH)2ΠSiO2复配阻燃体系应用于E VA的阻燃,在m(E VA)∶m(MH)∶m(SiO2)=40∶52∶8时,材料的阻燃级别可达U L94V20级,同时还具有良好的抑烟效果。

315 反应型阻燃剂

通过阻燃剂与树脂的直接结合,而获得树脂与阻燃一体化的反应型阻燃剂,也是开发方向之一。Chen Y ang[23]合成了一种新的反应型阻燃剂N3P3[OC6H4OP(O)(OC2H5)2]3[OC6H4OH]3(EPPI),

通过聚合反应得到聚氨酯阻燃体系。对其进行测试分析,结果表明,含有EPPI的聚氨酯相比于纯聚氨酯有较高的玻璃化转变温度,较好的拉伸强度,初始热分解温度降低了,但成炭率增加了。LOI值随着EPPI含量的增加而增大,到一定含量甚至自熄。Funda[24]合成了反应型磷2氮化合物(NH2C6H4O)2P(O)C6H5)(BAPPO),将聚氨酯单体与BAPPO共聚反应得2水分散性聚氨酯树脂阻燃体系,物理机械性能变化甚微,而阻燃性能大大提高,LOI 值达到27。

4 结语

目前,国内外关于阻燃剂的研究开展得很多,在实际应用中取得了一系列成果,使其得到了广泛的应用和发展。但阻燃剂的应用还存在一些明显的不足,例如挥发性大、用量大、阻燃剂自身的燃烧会额外产生毒性更大的气体等等。为保护自然生态环境和人类健康,要彻底改变这一现状,必须针对各环节中存在的问题,采取相应的措施,大力加强各高校及科研单位技术合作与交流,建立相应的协会,定期召开阻燃剂相关的研讨会。同时积极吸取国外的先进技术经验,从机理和应用两方面深入研究使其不断完善与发展。在强调采用绿色化学从根本上减少危害的同时,保证高分子材料性能为前提的条件下,应根据不同塑料的成分、性质、形态以及实际应用中对其的要求,因地制宜,研究适应特定情况下的阻燃剂,深入研究基于不同阻燃机理的各种阻燃剂并实现耦合联用,加大力度研发新型、环保、高效、多功能型阻燃剂。随着人们研究的不断深入和发展,阻燃剂必将越来越发挥出它的巨大潜力,带来极好的社会效益和经济效益。

参考文献:

[1] IRVI NE D J,MCC LUSKEY J A,ROBI NS ON I M.Fire

hazards and s ome comm on polymers[J].P olymer

Degradation and S tability,2000,67:383-396.

[2] 杨 明.塑料添加剂应用手册[M].南京:江苏科学技

术出版社,2002.

[3] 吴育良,王长安,许 凯,等.无卤磷系阻燃聚合物

研究进展[J].高分子通报,2005(6):37-42.

[4] 辛 忠.合成材料添加剂化学[M].北京:化学工业出

版社,2005.

[5] 夏 俊,王良芥,罗和安.阻燃剂的发展现状和开发

动向[J].应用化工,2005,34(1):1-4.

[6] 胡志鹏,杨 燕.塑料添加剂市场惊现六大热门[J].

精细化工原料及中间体,2004,2:18-21.

[7] E BDON J R,PRICE D,H UNT B J,et al.Flame

retardance in s ome polystyrenes and poly(methyl

methacrylate)s with covalently bound phosphorus2containing

181

第25卷第2期纪 巍等:阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势

groups:Initial screening experiments and s ome laser

pyrolysis mechanistic studies[J].P olymer Degradation and

S tability,2000,69:267-277.

[8] GE NTI LH OM ME A,C OCHEZ M,FERRI O L M,et al.

Thermal degradation of methyl methacrylate polymers

functionalized by phosphorus2containing m olecules2II:Initial

flame retardance and mechanistic studies[J].P olymer

Degradation and S tability,2003,82:347-355.

[9] BANK S M,E BDON J R,J H ONS ON M.The flame2

retardant effect of diethyl vinyl phosphonate in copolymers

with styrene,methyl methacrylate,acrylonitrile and

acrylamide[J].P olymer,1994,35(16):3470-3473. [10] 刘 芳,帅丹蓉,吴小华,等.接枝改性无卤阻燃聚

丙烯的研究[J].塑料工业,2001,29(5):36-40. [11] 许长清.合成树脂及塑料手册[M].北京:化学工业出

版社,1995.

[12] 山西省化工研究所编.塑料橡胶加工助剂[M].北京:

化学工业出版社,1996.

[13] S UZ UKI M,WI LKIE C A.The thermal degradation of

crylonitrilebutadiene2styrene terpolymer grafted with

methacrylic acid[J].P olymer Degradation and S tability,

1995,47:223-228.

[14] W ANG Z T,J I ANG D D,MCKI NNEY M A,et al.

Crosslinking of polystyrene by Friedel2Crafts chemistry to

improve thermal stability[J].P olymer Degradation and

S tability,1999,64:387-395.

[15] W ANG Z T,J I ANGD D,MCKI NNEYM A,et al.Further

studies on fire retardant polystyrene by Friedel2Crafts

chemistry[J].P olymer Degradation and S tability,1999,66:

373-378.

[16] ASRAR,JAWE D.Flame retardant polyester copolymers:

US,5399428[P].1995203221.

[17] ZH AO H,W ANG Y Z,W ANG D Y,et al.K inetics of

thermal degradation of flame retardant copolyesters

containing phosphorus linked pendent groups[J].P olymer

Degradation and S tability,2003,80:135-140.

[18] CHE N Y W,Y UAN C Y,LI C H,et al.Preparation and

characterization of novel flame retardant(aliphatic

phosphate)cyclotriphosphazene2containing polyurethanes

[J].Journal of Applied P olymer Science,2003,90:

1357-1364.

[19] FUNDA,OS M AN,LEY LA,et al.Synthesis and

characterization of water2dispersed flame2retardant

polyurethane resin using phosphorus2containing chain

extender[J].Journal of Applied P olymer Science,2004,

91:1314-1321.

[20] 谢兴华,冯道全,何石文.阻燃材料的绿色化初探

[J].淮南工业学院学报,2002,22(2):54-56.

[21] 李玉芳,伍小明.塑料阻燃剂的研究开发进展[J].四

川化工,2006,9(2):30-34.

[22] 杨海洋,肖 鹏,胡炳环.无卤阻燃剂的研究进展

[J].塑料工业,2006,34:69-72.

[23] LI Zhen2zhong,QU Bao2jun.Flammability characterization

and synergistic effects of expandable graphite with

magnesium hydroxide in halogen2free flame2retardant E VA

blends[J].P olymer Degradation and S tability,2003,(81):

401-408.

[24] FU M ou2zheng,QU Bao2jun.Synergistic flame retardant

mechanism of fumed silica in ethylene2vinyl acetateΠ

magnesium hydroxide blends[J].P olymer Degradation and

S tability,2004,(85):633-639.

281

化 学 工 业 与 工 程2008年3月

阻燃剂的研究发展现状

第1期18纤维复合材料No.1 2012年3月FIBER COMPOSITES Mar.,2012 阻燃剂的研究发展现状 陈浩然,李晓丹 (哈尔滨玻璃钢研究院,哈尔滨150036) 摘要本文分别介绍了卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、硅系阻燃剂和氮系阻燃剂,从机理上分析各类阻燃剂的阻燃效果、应用效果,并指出无卤高效环保型阻燃剂的研究是今后发展方向。 关键词阻燃剂;阻燃机理;卤系阻燃剂;磷系阻燃剂;硅系阻燃剂;氮系阻燃剂;无卤环保型阻燃剂 The Recent Progress of Flame-retardants CHEN Haoran,LI Xiaodan (Harbin FRP Institute,Harbin150036) ABSTRACT This paper introduces halogen flame-retardants,phosphorous flame-retardants,siliceous flame-retardants and nitrogenous flame-retardants.Retardant effect and application effect are analyzed from retardant mechanism.It is considered that the research of halogen-free,high efficient,environmental flame-retardants will be the development trend of the flame-retardants. KEYWORDS flame-retardant;retardant mechanism;halogen flame-retardants;phosphorous flame-retardants;sili-ceous flame-retardants;nitrogenous flame-retardants;halogen-free environmental flame-retardants 1引言 由于有机聚合物材料具有独特的物理、化学性质和良好的加工性能,近几十年来,塑料、橡胶、合成纤维等聚合物材料及其制品得到蓬勃发展,获得了显著的经济效益和社会效益。但是大多数聚合物材料属于易燃、可燃材料,在燃烧时具有燃烧速度快、发热量高、产烟量大以及释放毒性气体等特点。统计表明,在火灾中造成人员伤亡的主要原因不是火,而是在燃烧中放出的这些烟雾和毒气,严重危害了人们生命和财产的安全。从而可看出,聚合物材料抑烟和阻燃的研究是同等重要的。为此如何提高合成高聚物及天然高聚物材料的阻燃性和抑制硝烟生成已成为一个急需解决的问题,具有重要的社会和经济意义[1]。 2阻燃机理分析 在研究阻燃机理之前,要先了解高聚物受热后发生热分解并燃烧的过程[2]。高聚物受热后,温度逐渐升高,一些热稳定性最差的键先开始断裂,当材料达到热分解温度时,高聚物中大多数键发生断裂,高聚物本身开始分解。高聚物最终生成的产物可能有以下几种:可燃性气体(甲烷、乙烷、乙烯等)、不燃气体或低燃烧值气体(N2、SO2、卤化氢等)、液体(熔融聚合物、预聚体及焦油)、固体(炭化物)、烟。热裂解后的可燃性产物与氧气接触发生燃烧,燃烧是按自由基链式反应进行的,包括以下四步: 链引发:RH→R·+H· 链增长:R·+O2→ROO· ROO·+RH→ROOH+R·链的支化:ROOH→RO·+OH· 2ROOH→ROO·+RO·+H 2 O 链的终止:2R·→R—R R·+OH·→ROH 2RO·→ROOR 2ROO·→ROOR+O 2 从聚合物燃烧的过程可以看出,燃烧中释放的能量会加剧这一过程。 因此,材料的阻燃可以通过以下的途径来实现,一是抑制在燃烧反应中起链增长作用的自由基,隔绝氧气;二是在固相中阻止聚合物的热分解和阻止聚合物释放出可燃气体,如接枝和交联改性或催化成炭;三是减缓生热和传热,如冷却阻燃。

阻燃剂的发展趋势

阻燃剂的发展趋势 随着现代工业的不断发展,塑料、橡胶、合成纤维等高分子材料得到广泛的应用。然而,这些有机高分子化合物绝大多数都是可燃的,且燃烧时可产生大量致命的有毒气体。为解决这一难题、提高合成材料的抗燃性,最有效的方法是加入阻燃剂。对此,以阻燃为目的阻燃剂研究及材料阻燃技术近几年得到长足发展,至今天已成为世界工业体系的重要组成部分之一。本文将阐述阻燃剂的现状和发展趋势。 1 我国阻燃剂发展现状 我国阻燃剂生产在塑料助剂中, 是仅次于增塑二、各类阻燃剂的现状研究剂的第二大行业, 产量逐年增加, 市场不断扩大。自1960 年起开始研制和生产阻燃剂以来, 到目前为止, 我国阻燃剂总生产能力约15 万t/a , 从事阻燃剂研究的研制单位有50 多家, 阻燃剂品种有120 多种, 生产单位150 多家。近几年来, 我国阻燃剂工业发展迅速, 比如最重要的添加型溴系阻燃剂十溴二苯醚(DBDPO)的销量1999 年为7000t/a , 2000 年为9000t/a , 2001 年为13500t/a。增长幅度逐年增大,其它卤系中的另一个重要成员氯蜡系列也有很大增长。还有磷系(包括无机磷类和有机磷酸酯类)和无机系[ 主要是Al2 (OH)3 、Mg (OH)2 和助阻燃剂Sb2O3 等] 的市场也在不断扩大。但是, 按阻燃塑料制品占塑料总用量的比例来看, 与美国相比差距还很大。美国的比例为40 %, 而我国还不到1 %, 即使考虑到美国的经济总量为我国的10 倍, 我们也还有很大的扩展空间。 我国的阻燃剂以卤系阻燃剂为主, 占整个阻燃剂的80 %以上, 其中氯系(主要是氯化石蜡)占69 %, 并有出口;但溴系不足, 每年仍需进口;作为无污染、低毒的无机系仅占阻燃剂的17 %, 其中有一半为三氧化二锑, 而氢氧化铝、氢氧化镁还不到10 %。主要阻燃剂品种有42 型、52 型氯化石蜡, 还有少量的70 型氯化石蜡、多溴二苯醚、六溴醚、八溴醚、聚2 , 6-二溴苯醚、四溴双酚A 及其齐聚物、磷酸烷(芳)基酯、氯(溴)化磷酸醋、氢氧化铝(镁)、三氧化二锑、红磷等。我国阻燃剂比例与世界发达国家和地区相比, 消费结构差距甚大, 目前国

有机磷酸酯阻燃剂研究进展_徐会志

有机磷酸酯阻燃剂研究进展 徐会志,王胜鹏,包杰界 (浙江传化股份有限公司,杭州 311231) 摘 要有机磷阻燃剂研究在国内外得到极大的关注。综述了磷酸酯类阻燃剂、膦酸酯类阻燃剂和磷杂环类阻燃剂的研究进展,并提出了有机磷阻燃剂今后的发展方向。 关键词 有机磷,阻燃剂,磷酸酯,膦酸酯,磷杂环 1 引言 有机磷酸酯阻燃剂是一种阻燃性能较好的阻燃剂,它品种多,用途广泛。卤系阻燃剂存在很多缺点,如抗紫外线稳定性差,燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体。特别是自1986年起,发现多溴二苯醚及其阻燃的高聚物的热裂解和燃烧产物中含有致癌物四溴代双苯并二恶烷及四溴代苯并呋喃后,卤系阻燃剂的使用受到了限制,使得非卤阻燃剂特别是有机磷阻燃剂的研究和开发变得更加重要。虽然有机磷化合物都会有一定的毒性,但它们的致畸性却不高,其分解产物及其阻燃的高聚物的热裂解和燃烧产物中腐蚀性、有毒物也很少。有机磷阻燃剂之所以成为阻燃剂研究中的热点,除了上面的因素外,还因为有机磷阻燃剂除了具有阻燃性能之外,很多品种还同时具有增塑、热稳定等作用,对提高高分子材料的综合性能有十分重要的作用。 目前,有机磷阻燃剂的研究、开发方兴未艾,每年报道很多。有机磷阻燃剂根据化学活性的不同,可以分为使用方便的反应型和阻燃性持久的添加型两类,下面就这些阻燃剂种类、合成和应用的最新发展状况进行论述[1,2]。 2 磷酸酯阻燃剂 用作阻燃剂的磷酸酯很多,主要可用于聚苯乙烯(PS),聚氨酯(PU)泡沫塑料,聚酯(PET),聚碳酸酯(PC)和液晶等高分子材料的阻燃。包括只含磷的磷酸酯阻燃剂、含氮磷酸酯阻燃剂和含卤磷酸酯阻燃剂等几类。 (1)只含磷的磷酸酯阻燃剂 只含磷的磷酸酯阻燃剂大多数为酚类的磷酸酯,也有少量的烷基磷酸酯。Bright Danielle A报道,结构式如下的化合物可用于高抗冲聚苯乙烯的阻燃处理: 1,4-(ArO)2P(O)OCH2C6H4CH2OP(O)(ArO)2 式中Ar=(未)取代的芳基。 当在高抗冲聚苯乙烯中加入5.6份该化合物时极限氧指数(LOI)从18变为20.5。相近结构的

阻燃剂的现状和发展趋势_陈建兵

阻燃剂的现状和发展趋势 陈建兵 (池州学院化学与食品科学系,安徽池州247000) 摘要:从燃烧机理和阻燃机理以及主要研究现状方面介绍了阻燃剂,并就未来阻燃剂的研究方向进行了探讨。 关键词:阻燃剂;燃烧;发展 中图分类号:TQ314124+ 8 文献标志码:A 文章编号:1005-8141(2008)05-0559-02 Development and Situation o f Flame Retardant CHEN Jian-bin (Department of Chemistry and Food Science,Chizhou College,Chizhou 247000,China) Abstract:The mechanism of combustion were introduced briefly in the text,and introduced the mechanism of flame and the situation of re -search,predicted the develop ment of flame retardant in the future. Key words:flame retardant;combusti on;development 收稿日期:2008-04-17;修订日期:2008-05-15 基金项目:安徽省教育厅自然基金(编号:KJ 2006B156;KJ2008B177)。 作者简介:陈建兵(1980-),男,硕士,讲师,主要从事水性高分子与无机非金属材料研究。 阻燃剂是合成高分子材料加工的重要助剂之一,其功能是使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。随着科学进步与环境保护意识的提高,人们不但开发出性能更好的阻燃剂,而且对阻燃剂自身与使用过程中的环境保护问题也提出了更为严格的要求。阻燃剂的无卤化、低毒化、复合化、抑烟化已经成为21世纪阻燃剂整体发展趋势,因此我国的阻燃剂发展具有广阔的发展前景[1] 。本文就未来阻燃剂研究的方向进行了探讨。1 燃烧机理 聚合物燃烧是一个极其复杂的热氧化过程,导致燃烧过程进行的基本要素是:热、氧和可燃物。其燃烧可分为5个阶段:受热、热降解、着火、燃烧和扩散,在燃烧过程中产生含有大量的高能自由基HO -,如果空气流通,燃烧就会越来越剧烈,但只要降低HO -自由基的浓度或切断氧的供应,就可以达到阻燃的目的,主要有:1降低着火点,防止聚合物降解出自由基;o隔绝空气;?捕获活性极大的HO -自由基,阻止火焰的蔓延。 2 阻燃机理 卤素阻燃剂的阻燃机理:卤素在燃烧时能生成卤化氢,卤化氢是一种自由基的捕捉剂。它能捕捉促进高分子化合物燃烧反应的HO -自由基,从而使火焰减 小,达到阻燃效果。 磷系阻燃剂的阻燃机理:磷化物不论是固相还是液相都有很好的阻燃效果,这是因为磷化物在火焰中产生这样的反应过程:磷酸)偏磷酸)聚偏磷酸,由于生成的磷酸层不挥发的保护,隔绝了空气,产生了阻燃效果。另一个原因是产生聚偏磷酸,具有强力的脱水作用,使有机物炭化,而炭化膜也起到了隔绝空气的效果。 锑系阻燃剂的相乘效应:单独使用锑的氧化物并没有阻燃效果,但与卤素阻燃剂相配合,就使其效果增大,人们把这种效应称为/相乘效应0,把锑的氧化物称为助阻燃剂,卤素与三氧化二锑的相乘效应,其机理可认为是由于聚合物在固相的脱水作用引起了炭化,捕捉在气象的自由基,使自由基停止连锁反应,即卤素与三氧化锑反应生成卤素化锑;在245)564e ,随着温度的上升,各阶段连续生成的三氯化锑(气态),在气相时能起到自由基捕捉剂的作用。 氧化铝水合物的阻燃剂机理:一般认为氧化铝水合物受热时,失水变成氧化铝的反应是失水,使燃烧温度降低,当周围温度下降到200)300e 时,它完全失水变成无水氧化铝,可稀释聚合物受热分解后放出的可然性气体,同时还可以吸收凝聚炭的极小微粒,即起消烟阻燃作用。3 阻燃剂的研究现状 自从1908年Engelard G A 等用天然橡胶与氯气反应制得了阻燃氯化橡胶,开创了以化学方法阻燃高聚物的先河以来,特别是近40年高分子工业迅速发展的需求,阻燃技术得到迅速的发展,开发出许多高效的、 # 559#资源开发与市场Res ource Development &Market 200824(6) #资源与环境#

高分子材料无卤阻燃剂的研究现状

收稿日期:75 2011-03-01 高分子材料无卤阻燃剂的研究现状 Research Status on Non-halogen Flame Retardants of Polymers Wpm/4:!Op/7!)Tvn/341* Kvof!!!3122 黄 辉,曹家胜 Huang Hui, Cao Jiasheng - 公安部上海消防研究所,上海 200032 - Shanghai Fire Research Institute of Ministry of Public Security, Shanghai 200032, China 摘 要 : 综述了高分子材料无卤阻燃剂的种类和阻燃机理,重点介绍了无机物阻燃剂、无卤膨胀型阻燃剂、有机硅阻燃剂等无卤阻燃剂的开发和在高分子材料中的应用研究现状,并对无卤阻燃剂的发展方向进行了展望。Abstract : Types and mechanisms of polymer non-halogen flame retardants were reviewed. Research status and applications of non-halogen flame retardants in polymers, such as inorganic flame retardants, non-halogen intumescent flame retardants and organic silicon flame retardants, were introduced mainly. In addition, development trends of non-halogen flame retardants were prospected. 关键词 : 无卤阻燃剂;阻燃机理;研究现状 Key words : Non-halogen flame retardant; Flame retardant mechanism; Research status 文章编号:1005-3360(2011)06-0075-05 高分子材料品种越来越多,而常见的高分子材料基本上都是易燃的,因此阻燃技术受到全球性的关注,日益严格的防火安全标准和塑料产量的快速增长,使近年来全球阻燃剂的用量及销售市场一直呈增长的趋势。 目前,含卤阻燃剂(特别是溴系阻燃剂)被广泛用于高分子阻燃材料,并起到了较好的阻燃作用。然而人们对火灾现场深入研究后得出结论:虽然含卤阻燃剂的阻燃效果好,且添加量少,但是采用含卤阻燃剂的高分子材料在燃烧过程中会产生大量的有毒且具有腐蚀性的气体和烟雾,使人窒息而死,其危害性比大火本身更为严重。无卤阻燃剂具有环保、安全、抑烟、无毒和价廉等优点,因此,无卤阻燃剂的开发已经成为当前阻燃剂研究领域的热点[1-3]。在现有工业技术的条件下, 无卤阻燃剂主要以无机阻燃剂、无卤膨胀型阻燃剂和有机硅阻燃剂为主。这3类阻燃剂燃烧时不发烟,不产生腐蚀性气体,被称为“绿色”阻燃剂。 1 无机阻燃剂 无机阻燃剂具有稳定性好,低毒或无毒,贮存 过程中不挥发、不析出,原料来源丰富,价格低廉等优点,兼具阻燃、填充双重功能,并对环境非常友好,是一类很有前途的阻燃剂,目前受到高度重视和普遍应用,成为阻燃市场的主流。无机阻燃剂主要包括氢氧化铝、氢氧化镁、无机磷系等。 1.1 金属水合物 在高分子材料阻燃的长期研究中,人们发现适合作为无卤阻燃剂的金属水合物以氢氧化铝(A1(OH)3) 和氢氧化镁(Mg(OH)2)为主,这是因为A1(OH)3和Mg(OH)2具有填充、 阻燃及抑制发烟三重功能。当其受热分解释放出结晶水,吸收大量的热量,产生的水蒸气降低了可燃性气体的浓度,并使材料与空气隔绝;同时生成的耐热金属氧化物(三氧化二铝和氧化镁)还会催化聚合物的热氧交联反应,在聚合物表面形成一层炭化膜,其会减弱材料燃烧时的传热、传质效应,从而不仅起到阻止燃烧的作用,还起到了消烟的作用。A1(OH)3分解温度范围为235~350℃,吸热量为968 J/g ,由于其分解温度较低,因此作为阻燃剂通常只适用于加工温度较低的高分子材料。与A1(OH)3相比,Mg(OH)2具有更好的热稳定性,更高的促进基材成炭和更好 助剂 文献标识码 : A 中图分类号 : TQ314.24

我国纺织品阻燃整理技术的现状及发展趋势

我国纺织品阻燃整理技术的现状及发展趋势 青岛大学纺织服装学院朱平隋淑英安平林王炳 中国纺织大学孙铠 摘要 近年来,世界各国因纺织品引起的火灾不断增加。我国这十几年来,平均每年发生的火灾次数为3—4万起,死亡人数2—3千人,火灾损失折款2—3亿人民币。1985年,哈尔滨天鹅饭店大火死亡十人,受伤七人,直接经济损失24.9万元;1994年,克拉玛依大火,死伤300多人,都是因纺织品燃烧引起的。 我国纺织品阻燃整理技术发展概况; 我国纺织品阻燃技术始于50年代,以研究棉织物暂时性阻燃整理起步,但发展缓慢。60年代才出现耐久性纯棉阻燃纺织品。70年代开发了PyrovatexCP型阻燃剂,并开始了对合成纤维及混纺织物阻燃技术研究阶段。80年代,我国阻燃织物进入了新的发展时期,许多单位开发了棉、涤及混纺织物的阻燃剂及整理技术和阻燃合成纤维。 阻燃纤维的研究开发——我国阻燃纤维的研究开发起步于70年代;80年代至今,上海、吉林、山东、广东、天津、四川、北京、江苏等省市的一些科研单位、院校及工厂相继对阻燃纤维进行了小试研究,涤纶和丙纶已形成批量生产能力,但总体说来,阻燃纤维产品仍处在研究和试阶段。所用的阻燃剂大多是磷、卤素的有机物或有机物加无机物,个别的用高分子物,如环状芳香族磷酸酯、羟乙基四溴双酚A(涤纶);氯化聚两烯、六溴环癸烷、乙二酸(五溴苯 )酯、磷酸三溴苯酯-氯化石蜡、六氯环戊二烯的二聚物等(丙纶);含增效剂的卤化物体系、有机磷化物(锦纶);氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯、五氧化二锑等(腈纶)及苯氧基磷腈、噻嗡磷酸酯(粘胶)等。 通过小试或中试鉴定的单位有:A.阻燃涤纶:吉林纺织设计院,青岛大学纺织服装学院(原山东纺织工学院)、上海化纤公司、天津化纤研究所、江苏纺研所等。B.阻燃丙纶:南京化工设计研究院、北京化纤研究所、江苏纺研所、天津合成材料研究所、山东化纤所、山海关化纤厂、广州化纤所等。C.阻燃锦纶:成都科大、四川维纶厂等。D.阻燃腈纶:上海合纤所、上海金山石化、山西煤化所、山东工业大学等。E.阻燃粘胶:上海纺研院、丹东化纤厂、南京化纤厂、上海第三化纤厂、福建南平化纤厂等。 1.绵织物的阻燃整理; 棉织物的阻燃整理发展很快,目前国内比较成熟,阻燃剂基本可以自给,可以工业化生产。 纯棉耐久性阻燃整理大体有下列三种方法: A.Proban/氨熏工艺,Proban法是英国Wilson公司首先用于工业化生产,传统的Proban法是阻燃剂THPC(四羟甲基氯化眆)浸轧后焙烘工艺,改良的方法是Proban/氨熏工艺,工艺流程为:浸轧阻燃整理→烘干→氨熏→氧化→水洗→烘干。国内计有北京光华、江阴印染厂、鞍山棉纺印染厂等引进国外的助剂和设备进行生产。这是目前公认的阻燃效果好、织物降强小、手感影响少的工艺。但由于设备问题限制了其推广。 B.PyrovatexCP整理工艺。国内已有上海农药厂、常州化工研究所、天津合材所、华东理工大学、青岛纺织服装学院等单位生产该助剂。产品的阻燃性能较好,耐久性好,可耐家庭洗涤50次甚至200次以上,手感良好,但强力降低稍大。国内使用该类阻燃剂的厂家二、三十家。 纯棉暂时性、半耐久性阻燃整理——电热毯、墙布、沙发布等织物的阻燃耐洗次数要求不是很高,这类产品做暂时性或半耐久性阻燃整理即可。即能耐1—15次温和洗涤,但不耐皂洗。主要有硼砂-硼酸工艺、磷酸氢二铵工艺、磷酰胺工艺、双氰胺工艺等。上述工艺应用在纯棉织物上工业化生产的不多。青岛大学纺织服装学院的SFR-203属半耐久性阻燃整理剂。 2.毛织物的阻燃整理; 羊毛具有较高的回潮率和含氨量,故有较好的天然阻燃性,但若要求更高的标准,则需进行阻燃整理。最早的羊毛阻燃整理是采用硼砂、硼酸溶液浸渍法,产品用于飞机上的装饰用布。这种方法阻燃效果良好,但不耐水洗。60年代后采用THPC处理,耐洗性较好,

阻燃剂的应用现状和发展趋势

阻燃剂的应用现状和发展趋势 学校:安阳工学院 院系:化学与环境工程学院 专业:09高分子材料与工程 姓名:莫墨 学号:200905060087

阻燃剂的应用现状和发展趋势 摘要:随着现代工业的不断发展,塑料、橡胶、合成纤维等高分子材料得到广泛的应用。然而,这些有机高分子化合物绝大多数都是可燃的,且燃烧时可产生大量致命的有毒气体。为解决这一难题、提高合成材料的抗燃性,最有效的方法是加入阻燃剂。为此,以阻燃为目的阻燃剂研究及材料阻燃技术近几年得到发展,至今已成为世界工业体系的重要组成部分一。阻燃剂在化学建材,电子电器,交通运输,航天航空,日用家具,室内装饰,衣食住等各个领域中具有广阔的市场前景。本文将阐述阻燃剂的应用现状和发展趋势。 关键字:阻燃剂分类机理现状发展趋势 一、概述 阻燃剂,又称难燃剂,耐火剂或防火剂:赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂;依应用方式分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。根据组成,添加型阻燃剂主要包括无机阻燃剂、卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)、磷系阻燃剂(赤磷、磷酸酯及卤代磷酸酯等)和氮系阻燃剂等。反应型阻燃剂多为含反应性官能团的有机卤和有机磷的单体。此外,具有抑烟作用的钼化合物、锡化合物和铁化合物等亦属阻燃剂的范畴。主要适用于有阻燃需求的塑料,延迟或防止塑料尤其是高分子类塑料的燃烧。使其点燃时间增长,点燃自熄,难以点燃。 1.1阻燃剂的分类 阻燃剂有几种不同的分类方法。按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-卤系阻燃剂、磷-氮系阻燃剂等几类。按组分的不同可分无机盐类阻燃剂、有机阻燃剂和有机、无机混合阻燃剂三种。无机阻燃剂是目前使用最多的一类阻燃剂,它的主要组分是无机物,应用产品主要有氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸一铵、磷酸二铵、氯化铵、硼酸等。在三大类阻燃剂中,无机阻燃剂具有无毒、无害、无烟、无卤的优点,广泛应用于各类领域,需求总量占阻燃剂需求总量一半以上,需求增长率有增长趋势。按使用方法的不同可把阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在可燃物中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团,从而提高材料的抗燃性,起到阻止材料被引燃和抑制火焰的传播的目的。在阻燃剂类型中,添加型阻燃剂占主导地位,使用的范围比较广,约占阻燃剂的85%,反应型阻燃剂仅占15%。 1.2阻燃剂的作用机理 阻燃剂的作用机理是很复杂的,包括种种因素,但阻燃剂的作用机理不外乎

阻燃剂的研究进展

阻燃剂的研究进展 摘要:本文主要介绍阻燃剂的分类,阐述各类阻燃剂的阻燃原理及优缺点,目前阻燃剂的市场情况及阻燃剂在国内外的研究进展。 关键词:阻燃剂阻燃机理市场研究进展 一、引言 据公安局消防局统计,2011年,全国共接报火灾125402起,死亡1106人,受伤572人,直接财产损失18.8亿元,由此可以看出火灾引起的损失非常巨大,因此,阻燃剂是有机材料的重点研究方向。粗略估计,全球65%-70%的阻燃剂用于塑料,20%用于橡胶,5%用于纺织品,3%用于涂料,2%用于纸张及木材。由此可以看出,阻燃剂大部分应用于塑料行业。 二、阻燃剂的介绍 2.1 无机阻燃剂 无机金属氢氧化物阻燃剂:主要有氢氧化铝和氢氧化镁两类。目前为了进一步提高氢氧化铝的阻燃性能,对其进行了一些处理,如表面活性化、超细化、大分子键合处理以及复合化等。其反应机理如下:该反应是吸热反应,使体系的温度下降,水在此温度下变成水蒸气,又可冷却和稀释受热分解产生的可燃性气体和氧化剂,而氧化铝的残渣又是优良的导热体,可增加燃烧区热量的排出。经过表面改性处理的氢氧化铝和氢氧化镁,其阻燃性能和被阻燃基材的抗拉强度、伸长率等与处理前相比有大幅提高。 无机磷系:包括聚磷酸铵、磷酸、红磷等,其阻燃机理既有气相机理,又有凝聚相机理,但以凝聚相机理为主。在燃烧时发生以下变化:磷化合物-磷酸-偏磷酸-聚偏磷酸,聚偏磷酸玻璃体不仅覆盖于燃烧体表面,形成保护膜,能隔绝氧气、起阻燃作用。 膨胀型石墨阻燃剂:膨胀型石墨(EG)是一种近期发展起来的无卤无机膨胀型阻燃剂,其作用机理为:EG膨胀时吸收大量的环境热量,一方面通过膨胀窒息、覆盖形成隔离膜中断链反应,达到热量缓释的效果;另一方面本身不燃,并能够吸收环境热量,EG是多种阻燃机理集于一身的优良的阻燃剂。 其它一些无机阻燃剂或消烟剂:硼类阻燃剂是近年来发展较快的一类多功能阻燃剂。主要有五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡和硼酸锌等;锑系阻燃剂是一种重要的阻燃增效剂。可单独使用亦可复合使用,尤其是与卤系阻燃剂并用时可大大提高卤系阻燃剂的效能,是卤系阻燃剂中不可缺少的协同剂;钼类化合物是人们发现最好的抑烟剂,使钼类化合物的开发与应用成为目前阻燃剂领域的新热点。

阻燃剂的研究及发展概况(通用版)

阻燃剂的研究及发展概况(通 用版) Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management. ( 安全管理 ) 单位:______________________ 姓名:______________________ 日期:______________________ 编号:AQ-SN-0822

阻燃剂的研究及发展概况(通用版) 1前言 随着城市建筑的密集化、房屋建筑的高层化和建筑结构的轻型化,合成高分子材料广泛应用于各类领域,与人们的生活密切相关,直接影响着人们的工作生活。但在可燃、易燃物中,容易引起火灾的材料大部分是有机高分子化合物,有极大的潜在火灾危险性。由于高分子材料被引燃导致火灾发生的情况越来越频繁,对高分子材料的阻燃已经引起人们的高度重视。如何提高合成材料的阻燃性能,减少可燃物的燃烧危险性及燃烧时释放出的有毒气体,减少人民的生命财产损失,已经成为研究人员研究的课题。研究人员研究发现,通过添加阻燃剂或者通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团,能有效提高材料的抗燃性,阻止材料被引燃及抑制火焰的传播。在此基础上,世界各国研究人员对阻燃技术进行深入的探讨研究,并

研制开发出了一系列阻燃性能良好的阻燃材料。阻燃剂便是这其中一种,适用于合成材料的阻燃,有很好的阻燃效果。现就阻燃剂发展概况进行分析讨论。 2阻燃剂的类型 阻燃科学技术是为了适应社会安全生产和生活的需要,预防火灾发生,保护人民生命财产而发展起来的一门科学。阻燃剂是阻燃技术在实际生活中的应用,它是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂,广泛应用于各类装修材料的阻燃加工中。经过阻燃剂加工后的材料,在受到外界火源攻击时,能够有效地阻止、延缓或终止火焰的传播,从而达到阻燃的作用。根据不同的划分标准可将阻燃剂分为以下几类: 2.1按所含阻燃元素分 按所含阻燃元素可将阻燃剂分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷-卤系阻燃剂、磷-氮系阻燃剂等几类。卤系阻燃剂在热解过程中,分解出捕获传递燃烧自由基的X?及HX,HX能稀释可燃物裂解时产生的可燃气体,隔断可燃气体与空气的接触。磷系阻

无卤阻燃剂发展现状及趋势

无卤阻燃剂发展现状及趋势* 王虎 刘吉平 (北京理工大学材料学院) 摘要介绍了近年来国内外磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂等无卤阻燃剂的发展状况和最新研究进展,指出无卤和绿色环保型阻燃剂是未来发展的主流。为了改善无卤阻燃剂的阻燃效果,粒度超细化、表面改性处理和协同复合是目前主要发展方向。 关键词无卤阻燃阻燃剂分类发展趋势 近年来,由于城市建筑更为密集、人口密度增大,各种建筑材料、装饰材料应用量急剧增大,火灾引起的人员伤亡和财产损失呈上升趋势。火灾已成为最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。此外,根据数据统计,火灾中的伤亡事故,有80%左右是由于火灾前期材料热解时产生的有毒气体和烟雾使人窒息无法逃生所造所造成的。因此,在提高材料阻燃性的同时,应尽量减少热裂解或燃烧生成的有毒气体和烟量。研究清洁、高效、与材料相容性好的无卤阻燃剂成为阻燃材料发展的重中之重。 1 无卤阻燃剂的分类及阻燃机理 1.1 磷系阻燃剂 在无卤阻燃体系的研究开发中磷系阻燃剂历史较长,该阻燃剂不仅克服了含卤阻燃剂燃烧烟雾大、放出有毒及腐蚀性气体的缺陷,同时又改善了无机阻燃剂高添加量严重影响材料的物理机械性能的缺点,做到了高阻燃性,低烟、低毒、无腐蚀性气体产生。 含有磷系阻燃剂的高聚物被引燃时,在其受热时阻燃剂热解磷的含氧酸,开始起到阻燃作用,其阻燃机制有气相机制和凝固相机制。在凝固相中,当磷系阻燃剂生成磷的含氧酸时,其促使树脂脱水、炭化,使可燃裂解产物减少。同时,磷的含氧酸多系粘稠状的半固态物质,可在材料表面形成一层覆盖于焦炭层的玻璃状熔融物,降低炭层的透气性和保护炭层不被继续氧化,从而抑制了燃烧的蔓延。根据磷系阻燃剂的组成和结构,可以分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂两类[1]。无机磷系阻燃剂包括红磷和磷酸盐类,有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸酯和磷盐等。 1.2 氮系阻燃剂 氮系阻燃剂低毒、不腐蚀,对热和紫外线稳定,阻燃效率好且价廉。目前应用的含氮阻燃剂主要包括三大类:三聚氰胺、双氰胺、胍盐及其衍生物。其中三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯是阻燃剂市场中最具有发展潜力的品种。关于氮系阻燃剂的阻燃机理,通常认为氮系阻燃剂受热分解后,易放出氨气、氮气、深度氮氧化物、水蒸汽等不燃性气体;不燃性气体的生成以及阻燃剂分解吸热(包括一部分阻燃剂的升华吸热)带走大部分热量,极大地降低聚合物的表

皮革阻燃技术研究进展_段宝荣

第6期收稿日期:2008-02-03 基金项目:国家科技攻关计划项目(2004BA320B)资助第一作者简介:段宝荣(1977-),男,硕士,助教,主要从事材料助剂研究。 皮革阻燃技术研究进展 段宝荣1,王全杰1,2,马先宝1,何波1,魏鹏勃3 (1.烟台大学化学生物理工学院皮革与蛋白质实验室,山东烟台264005;2.国家制革技术研究推广中心, 山东烟台264003;3.广州三骏佳纺织合成材料厂有限公司,广东广州510445) 摘要:阐述了皮革的阻燃性机理,介绍了国内外皮革阻燃的发展史及现状,阐明了皮革阻燃剂应具备的条件,并列举皮革阻燃性能的检验方法,提出解决皮革阻燃性能的研究途径及发展趋势。关键词:皮革;阻燃;趋势;中图分类号:TS513;TS529 文献标识码:A 文章编号:1671-1602(2008)06-0009-05 TheResearchProgressofLeatherFlameRetardant DUANBao-rong1,WANGQuan-jie1,2,MAXian-bao1,HEBo1,WEIPeng-bo3 (1.LeatherandProteinLaboratory,CollegeofChemistryandBiology,YantaiUniversity,Yantai264005,China; 2.StateResearchandPromotionCenterofLeather-makingTechnology,Yantai264003,China;3.Guangzhou SaniunjiaWeaveSyntheticMaterialManufactoryCo.LTD,Guanzhou510445,China)Abstract:Mechanismofleatherflameretardantwasrecommended.Thedevelopmentandcurrentsituationofleatherflameretardantinabroadandhomewereilluminatedindetail.Thecharacteristicsofleatherflameretardantwereshowed,andthemeasuremethodofflameretardantpropertieswasenumerated.Intheend,theresearchrouteanddevelopmenttrendsofleatherflameretardantwereputforward.Keywords:leather;flameretardant;tendency 1引言 近年来,国内外火灾的发生越来越频繁,火灾造成的人员伤亡和财产损失也越来越严重[1]。随着人民生活水平的提高,人们对安全防火也越来越重视。为了避免火灾的发生,降低火灾的可能损失,各种阻燃材料得到了广泛的应用。皮革制品以其卓越的透气 性、透水汽性、绝热、耐陈化、耐汗、耐磨及防穿刺等综合性能,被广泛的应用于森林防火装备的制造、高层建筑的内装潢以及飞机、汽车内装饰和办公家具的制造等领域。针对皮革的易燃,且燃烧会释放出有毒气体和烟雾的缺点,国外汽车公司纷纷提出苛刻的内饰革阻燃指标[2],于是阻燃皮革技术上升为国内外业内人士关注的焦点之一。而目前,我国对于皮革阻燃技术以及阻燃材料的研究开发很少,特别是具有高效、无毒、无腐蚀、耐久性好、多功能化的阻燃材料,几乎还是空白。 2阻燃的机理 30卷第6期2008 年6月西部皮革 WESTLEAHTER Vol.30No.4 Jun.2008

阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势

收稿日期:2007-06-21 作者简介:纪 巍(1983-),女,黑龙江省鹤岗市人,硕士研究生。联系人:王 鉴,电话:(0459)6503379,E 2mail :mrwj163@https://www.360docs.net/doc/6f1444506.html, 。 文章编号:1004-9533(2008)02-0177-06 阻燃剂在塑料中的应用及发展趋势 纪 巍,王 鉴,董 群,张学佳 (大庆石油学院,化学化工学院,黑龙江大庆163318) 摘要:概述了塑料的燃烧机理和阻燃剂的分类及其作用机理,重点探讨了阻燃剂在塑料中的应用, 最后指出了塑料阻燃剂今后的发展趋势。关键词:塑料;燃烧;阻燃剂;应用;发展趋势中图分类号:T Q3141248 文献标识码:A Development and Application of the Flame R etardants for Plastic J I Wei ,W ANGJian ,DONG Qun ,ZH ANG Xue 2jia (Chemistry and Chemical Engineering C ollege ,Daqing Petroleum Institute ,Daqing 163318,Heilongjiang Province ,China ) Abstract :The mechanism and process of plastic burning were introduced and the basic theory and the categ ory of flame retardants were summarized ,especially the application in plastic was discussed.At last ,the developing tendency of the flame retardants were prospected. K ey w ords :plastic ;burning ;flame retardant ;application ;developing tendency 塑料作为合成的高分子材料,由于它具有良好的成型性、成膜性、绝缘性和耐酸碱性及低透气、透水性以及易着色、外观鲜艳等特点,广泛用于人们生活各个方面。塑料与大多数高分子材料一样都有一个致命的缺点,在高温下易分解、燃烧,同时在燃烧过程中还生成大量的浓烟和有毒有害的气体,对生 态环境及人们的身体健康造成巨大的危害[1] 。为保护自然生态环境与人类健康,高分子材料的阻燃问题亟待人们解决,深入阻燃机理的研究及新型阻燃剂的研发和扩大应用对社会和谐发展具用重大意义。 1 塑料的燃烧机理及阻燃剂特性 111 塑料的燃烧机理 塑料的燃烧是一个复杂的物理化学过程。不同塑料的燃烧机理也不完全相同,人们常用氢2氧,甲 烷2氧等简化系统描述其燃烧机理。塑料燃烧过程是一个自由基反应过程,塑料与氧作用后生成H O ?及O ?,这些自由基又与塑料作用生成新的自由基,使链反应继续下去,起燃的敏感性和燃烧速率与 H O ?及O ?自由基生成的难易和速率有关[2] 。 塑料的燃烧主要受两个因素影响:1)塑料的组成和结构直接影响,其热分解温度的高低和形成H O ?及O ?的速度。 2)供氧情况,国际上通用极限氧指数(LOI ,简称氧指数)来判断塑料的燃烧性能。LOI 值愈低,表示塑料愈易燃烧。当塑料的LOI 值为22~25时,它具有自熄性;LOI 值达26以上即可认为难燃;当LOI 值达30以上即可认为阻燃性好。112 阻燃剂分类及作用机理 阻燃剂是能够使高分子材料不易着火燃烧或能 够减慢燃烧速度的一种助剂[3] 。无机化合物主要有氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、硼化合物;有机 2008年3月Mar.2008 化 学 工 业 与 工 程CHE MIC A L I NDUSTRY AND E NGI NEERI NG 第25卷 第2期  V ol.25 N o.2

磷系阻燃剂研究进展(图文并茂版)

磷系阻燃剂研究进展 1.磷系阻燃剂 随着合成材料的广泛应用, 阻燃剂的消耗量日益增加, 目前已成为塑料助剂中仅次于增塑剂的第二大品种。阻燃剂种类繁多, 其中, 磷系阻燃剂是各类阻燃剂中最复杂, 也是研究较充分的一类[ 1]。磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒、低卤、无卤等优点, 符合阻燃剂的发展方向, 具有很好的发展前景。 磷系阻燃剂-CEPPA 2.磷及磷化合物阻燃机理 加入含磷阻燃剂的聚合物燃烧时, 磷化合物受热分解, 发生如下变化: 聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物, 覆盖在聚合物表面形成一个保护层, 起到阻燃作用。另外, 由于磷酸和聚偏磷酸具有较强的脱水性, 使聚合物表面形成碳化膜而起到阻燃作用。这是磷系阻燃剂在聚合物的凝聚相中的阻燃机理。 另外, 磷系阻燃剂在阻燃过程中产生的水分,一方面可以降低凝聚相的温度, 另一方面可以稀释气相中可燃物的浓度, 从而更好地起到阻燃作用。 3.磷系阻燃剂研究进展 3.1磷系协同型阻燃剂 所谓协同型阻燃剂就是指利用阻燃剂或阻燃元素之间的相互作用而提高阻燃效果的阻燃剂, 其优点是: 阻燃性能增强, 应用范围扩大, 经济效益提高, 是实现阻燃剂低卤无卤化有效途径之一。 3.1.1磷- 卤系阻燃剂

磷- 卤型阻燃剂是一类含卤较低的阻燃剂, 其协同阻燃作用已被许多实验所证实。燃烧时能产生聚偏磷酸、三卤化磷、三卤氧磷等, 它们相作用, 覆盖于聚合物表面以隔绝空气, 从而发挥了凝聚相和蒸气相阻燃作用。 如:美国的FMC 公司现销售的PB - 460 也是一种溴代磷酸酯, 在聚碳酸酯( PC) / 聚对苯二甲酸乙二酯( PET) 以及PC/ ABS 三元共聚物中表现出明显的磷- 溴协同作用, 阻燃 效率远远高于只含磷或只含溴的阻燃剂。 PB-460 磷酸三(溴苯基)酯 3.1.2磷- 氮系阻燃剂 由于磷- 氮之间的协同与增效作用, 使得这类阻燃剂显示出了良好的阻燃性能, 且发烟 量小, 有毒气体生成量少, 被认为是今后阻燃剂发展的方向之一。其主要包括如下三类: a.磷酸盐( 酯) 类如聚磷酸铵( APP ) 、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯( 也是优良的大分子 膨胀型阻燃剂) 等。 b.聚磷酰胺类如APO ( 商品名) 。 c.磷腈聚合物如PR- 1000 、PNF 等。[2] 聚磷酸铵(APP)-阻燃剂 3.2多功能阻燃剂 多功能化是阻燃剂的发展趋势之一。多功能化阻燃剂可以减少助剂的用量, 降低成本, 避免对聚合物物性产生大的影响。磷酸酯类化合物大都具有阻燃、增塑等功能。1 - 氧代- 4 - 羟甲基- 2 , 6 , 7 - 三氧杂- 1 - 磷杂双环[ 2, 2 , 2 ] 辛烷引进叠氮基团便成为对体系有能 量贡献, 又有增塑和键合等性能的多功能添加剂。 如:溴代芳基磷酸酯很早就被作为阻燃剂使用, 一般用于工程塑料及透明材料, 经研究发现:BPP ( 即溴代芳基磷酸酯之一) 不仅可以作工程塑料的阻燃剂, 而且还具有极佳的防霉、避鼠的功能, 是应用于塑料的一种多功能助剂。三芳基磷酸酯属于添加型有机无毒阻燃剂, 具有阻燃和增塑的双重功能, 可广泛应用于PVC 软制品中。[3] 3.3红磷 红磷添加量少, 阻燃效果好, 对材料物性影响小, 是一种很有发展前途的阻燃剂, 但也

我国无机阻燃剂的现状与发展分析

我国无机阻燃剂的发展与应用 一、引言 阻燃剂是合成高分子材料的重要助剂之一,添加阻燃剂对高分子材料进行阻燃处理,可以阻止材料燃烧或者延缓火势的蔓延,使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。随着石油化工材料被广泛应用到国民经济的诸多行业中,如建筑业、塑料制品业、纺织业、运输业、电子电器业、航天业,阻燃剂在防火安全和环境保护方面的重要性愈加不容忽视。随着社会的发展和科技的进步,人们对材料的阻燃性能要求也愈来愈高,我国自80年代以来,阻燃剂的研制、生产及推广应用得以迅速发展,阻燃剂的品种日趋增多、产量急剧上升。目前,据粗略估计,全球阻燃剂的65%~70%用于阻燃塑料,20%用于橡胶,5%用于纺织品,3%用于涂料,2%用于纸张及木材。近年来,随着防火安全标准的日益提高和塑料产量的快速增长,我国阻燃剂的用量正处于快速增长期。 阻燃剂按照化学组成可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂,其中,无机阻燃剂除了有阻燃效果外,还具有低发烟率和可抑制氯化氢产生等作用,使得被添加材料具有无毒性、无腐蚀性和低成本等优点。从全球看来,无机阻燃剂消费量远远高于有机阻燃剂,如美国、西欧和日本等工业发达国家无机阻燃剂的消费占总消费量约60%,而我国不到10%,因此我国发展无机阻燃剂非常紧迫,而具有巨大的应用前景。目前无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、无机磷、硼酸盐、氧化锑等。

二、研究进展 1、氢氧化铝 氢氧化铝是问世最早的无机阻燃剂之一,也是国际上阻燃剂中用量最大的一种。目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的80%以上,广泛应用于各种塑料、涂料、聚氨酯、弹性体和橡胶制品中,具有阻燃、消烟、填充三大功能,不产生二次污染,能与多种物质产生协同作用、不挥发、无毒、无腐蚀性、价格低廉。 阻燃剂用氢氧化铝一般是以工业氢氧化铝为原料,采用合适的方法进行精制和表面处理而制得,这样制成的氢氧化铝,其粒径小于5μm,适合于作高分子材料的阻燃剂。亦可采用尿素水解中和法和铝酸钠法直接制备阻燃剂用氢氧化铝。氢氧化铝的粒度和用量对材料阻燃性能和材料物理性能影响较大,当颗粒过粗和填充量过大时,会降低合成材料的物理性能,为了改进这些不足,人们对氢氧化铝主要进行以下改性与处理。一是表面改性,氢氧化铝具有较强的极性和亲水性,同极性聚合物材料相容性差,人们通常采用硅烷和酞酸酯类偶联剂对氢氧化铝阻燃剂进行表面处理,改善其与聚合物的粘接力与界面亲合性。经过表面改性处理的氢氧化铝,其阻燃性能和被阻燃基材的抗拉强度、伸长率等与处理前相比均有大幅提高。二是超细化和纳米化处理,为改善无机阻燃剂与树脂的亲和性,提高阻燃成分在树脂中的分散度和均一度,必须采用纳米技术对阻燃剂进行超细化处理。由于纳米化以后的氢氧化铝比表面积增大,表面活性大大增强,抵消了由于其与树脂极性不同而引起树脂机械性能下降的影响,并对刚性粒

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