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阻燃PC供应商讲述阻燃PC的高效阻燃系统


 阻燃PC供应商介绍了4类高效阻燃系统,它们或者通过高效的气相阻燃,或者通过在凝聚相中抑制自由基的增长,或者通过催化作用改变聚合物的热分解模式并促进成炭而发挥阻燃功能。在用量极少的情况下即能满足很多领域的阻燃要求,是阻燃剂的发展方向。这类阻燃系统有:(1)催化阻燃系统;(2)芳香族磺酸盐(酯);(3)凝聚相中的自由基抑制剂;(4)高效气相阻燃剂。    
目前高聚物中使用的常规阻燃剂,阻燃效率低,用量大,从而恶化了高聚物基材原有的优异性能,增加高聚物燃烧或热解时生成的烟量及有毒气体量,增加材料的价格,并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困难。因此,阻燃PC供应商寻求高效的阻燃系统,是阻燃领域内人们长期的奋斗目标。据专家们预测,具有下述特征之一的阻燃系统,有可能成为具有发展前景的未来的高效阻燃剂,这些特征是:(1)能抑制凝聚相的氧化反应;(2)具有催化阻燃作用;(3)能发挥高效的气相阻燃作用;(4)能形成有效的含炭层或含其他阻燃元素的防护层。现介绍4类高效阻燃系统。   
 1、催化阻燃系统   
 催化阻燃系统是指那些在一定条件下能脱水生成强酸的化合物,它们可促进高聚物成炭,但这种作用模式对烃类高聚物效果不佳。不过,如果聚烯烃能在催化剂作用下氧化脱氢而形成水和炭,则不仅燃烧热可大大降低,材料的阻燃性也大为改善,而且燃烧产物只是无毒的水蒸气。例如,在聚丙烯中加入质量分数为1.5%的铬,可使聚丙烯的氧指数提高至27,其机理可能涉及聚丙烯的催化脱氢和成炭。 另外,在聚丙烯中加入1%的乙酰丙酮锌和乙酰丙酮钴,可使材料具有自熄性(见表1)。这类添加剂可能是催化助氧化剂,它们能提高聚合物的成炭率。
 2、芳香族磺酸盐(酯)   
一系列无机的和有机的芳香族磺酸盐(酯)被发现是聚碳酸酯(PC)的极有效的阻燃剂,所需用量极低(催化剂量)(见表2)。例如,当PC中含有约0.1%的2?4?5-三氯苯磺酸钠(钾)时,PC的氧指数可达25~35,阻燃级别可达UL 94 V-0级。这类阻燃剂已在工业上获得应用。芳香族磺酸盐(酯)的高阻燃效能来自它能催化加速PC的热降解,并在材料的燃烧表面形成炭层。表2所列其他的PC阻燃剂的阻燃机理与芳香族磺酸盐类似。
 3、凝聚相中的自由基抑制剂   凝聚相中的表面氧化对于聚合物的高温降解具有十分重要的作用,因为氧能穿透某些燃烧聚合物的表层。因此,凝聚相中的抗氧系统在原则上可能都具有阻燃作用。但是,大多数抗氧剂和自由基清扫剂在高聚物氧化裂解温度下对阻燃不很有效,因为在此温度下,链式氧化反应的链引发阶段速度很快,通常的抗氧剂将被破坏。不过,对位处"燃烧传播"和"燃烧自熄"之间的配方,加入自由基抑制剂可能有利于使燃烧自熄;而对某些阻燃聚合物、抗氧剂也可使材料氧指数有所提高(见表4)。   具有多共轭芳香结构或金属还原剂型的高温抗氧剂,可能对抑制燃烧塑料的表面氧化有效。下述两种化合物由于分子结构中同时具有含卤亚酰胺及受阻酚,故可能同时兼具阻燃作用和抑制自由基的作用。   
以化合物(Ⅰ)阻燃聚乙烯时,其氧指数比以氯菌酸酐阻燃者(氯含量相同时)有所提高。但要想使抗氧剂发挥高效阻燃作用,必须设计耐高温的抗氧系统。
 4、高效气相阻燃剂   
有人认为,有些在气相中释出HCl和HBr的阻燃系统,可能基本上只是发挥物理作用。例如,三(二氯异丙基)磷酸酯用于阻燃聚氨酯泡沫塑料。另外,三氯化锑是通过化学作用抑制自由基反应的;但对烃的燃烧肯定存在一些更有效的燃烧抑制剂,如羰基铁、四乙基铅、二氯二氧化铬等,它们的阻燃效率至少比三氯化锑高出一个数量级。例如,为使己烷—空气混合物燃烧速度降低30%,所需的抑制剂三氯化锑及氯氧化磷的质量分数分别为1.64%和0.98%,而四乙基铅及五羰基铁则分别只需0.18%及0.10%,即后两者仅为前两者的1/10左右。特别是,在氢氧焰中质量分数为1×10-6的Mg、Cr、Mn、Sn或U盐,即是有效的气相中自由基结合的催化剂。但这类试验表明,比现有阻燃系统效率高出一两个数量级的气相阻燃剂是可能找到的。
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