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PP/TPE聚烯烃无卤阻燃常用体系及常见八大问题分析!

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PP/TPE聚烯烃无卤阻燃常用体系及常见八大问题分析!

发布日期:2021-05-25 作者:来源于网络 点击:

PP/TPE聚烯烃无卤阻燃常用体系及常见八大问题分析!

聚烯烃材料的氧指数一般都在20%以下,易燃,极易造成火灾,然而常规阻燃剂的加入又不可避免的会影响聚烯烃材料的其他性能。接下来,让我们一起了解下聚烯烃阻燃剂常用体系。

01溴系

传统的含卤阻燃剂中,PP一般用八溴醚+三氧化二锑,比例一般为3:1 ,缺点是溴会析出、而且做不到真正的V0。

PE一般用十溴二苯乙烷+氧化二锑,比例一般也为3:1,这是一个很成熟的配方,但是成本太高、受价格影响比较大。

聚烯烃的无卤阻燃体系一般有三种,磷系、溴、磷、氮体系复配和无卤膨胀体系,而且用在PE里边时,用量一般比PP大。

02磷系

含磷化合物存在许多氧化态,它们的受热分解产物具有强烈的脱水作用,使所覆盖的聚合物表面炭化,形成炭膜,起到阻燃作用。磷系阻燃剂还有增塑功能,它可使阻燃剂实现无卤化。一般磷系包括无机磷系和有机磷系。无机磷系阻燃剂包括红磷、磷酸铵盐和聚磷酸铵;有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯和膦盐等系列。 

但是磷系阻燃剂只能做深色的东西,再者受环保影响,供应紧张,价格波动较大!溴、磷、氮复配的阻燃剂体系在PP里边用的比较多,而且只能做到V2,成本较低 ,但是在PE里边不能用,常用来代替8溴醚。

03无卤膨胀体系

IFR是一种新型的阻燃体系,以磷和氮为有效阻燃组分不含卤素,也不必采用氧化锑为协效剂.含有这种阻燃剂的高聚物受热时,表面能生成一层均匀的炭质泡沫层,此层能隔热、隔氧、抑烟等,并能防止熔滴,因而具有良好的阻燃性能。IFR体系一般是由酸源、碳源及气源组成。通常有混合型和单体型(三源同存于单一分子内)两种。从总体上来看,IFR体系还处于开发阶段,现有IFR体系普遍存在着添加量大,吸湿严的缺点,还有待于进一步完善。为此人们做了大量的工作,有效地弥补了IFR使高分子材料使用性能下降的不足,所以有很大的发展前景。


目前,膨胀型阻燃剂在PP中应用时出现以下问题:

(1)与聚合物基体相容性较差,膨胀型阻燃剂与聚合物的极性相差很大导致其相容性差,使聚合物的电性能和绝缘性能有所下降,尤其是力学性能如拉伸强度和抗冲击强度大幅度下降; 

(2)易吸潮,如APP/PER/MA膨胀阻燃体系,不但多羟基容易吸湿,很黏、耐温不高、而且各成分之间易发生醇解,导致阻燃聚合物耐水性差;

(3)一般的膨胀型阻燃剂的相对分子质量小,易迁移到聚合物表面,从而导致阻燃产品的物理机械性能差,尤其外观性差。

(4)焦磷酸哌嗪体系最近几年刚开始流行的产品,价格太高、目前国内有几家在做,品质很好,比APP成本产一吨PP增加2000-3000元,有一个优势是可以加20%-30% 的短玻纤。

目前,含卤阻燃剂仍占主导地位,随着环保的高标准以及用户对阻燃等级的高要求,高效的无卤V0体系是阻燃必然的发展趋势,如何在保证高效阻燃的同时,又能保持材料其他性能的稳定其实并不容易。

同样的阻燃剂,国外的一些阻燃剂品质、粒径等比国内水平要好;阻燃剂体系很简单、但是不同厂家、不同牌号用起来不一样;不同工艺做出来的改性产品也不一样;同样一种阻燃剂,在不同的材料有不同的效果;同样一种阻燃剂,在相同材料,不同配方组成中,也有不一样的效果;同样一种阻燃剂,在不同的厂家不同的工艺条件下,生产出来的阻燃级别也不一样;同一种材料,不同配方要用不同的阻燃剂;同一种聚合物基材体系,不同价格需要不同的阻燃体系;不同阻燃级别,对于同一种材料,相同的配方体系,价格不同。

PP/TPE聚烯烃无卤阻燃剂常见问题

PP/TPE聚烯烃无卤阻燃剂阻燃机理及配方和应用中常见问题:

1、P-N系膨胀型阻燃剂的阻燃机理

一般包括三部分,即碳源(常为多羟基化合物,如季戊四醇)、酸源(如聚磷酸铵,即APP)及发泡剂(如三聚氰胺),它们是通过下述相互作用而形成炭层的:

①在较低温度(150℃左右,具体温度取决于酸源和其他组分的性质)下,有酸源产生能酯化多元醇和可作为脱水剂的酸;

②在稍高于释放酸的温度下,酸与多元醇(碳源)进行酯化法反应,而体系中的胺则作为此酯化反应的催化剂,加速反应进行;

③体系在酯化反应前或酯化反应过程中熔化;

④反应过程中产生的水蒸气和气源产生的不燃性气体使已处于溶融状态的体系膨胀发泡。与此同时,多元醇和酯脱水炭化,形成无机物及炭残余物,且体系进一步膨胀发泡;

⑤反应接近完成时,体系胶化和固化,最后形成多孔泡沫炭层。

2. P-N系膨胀型阻燃剂由三部分组成

(1)酸源:提供酯化反应所需的酸;

(2)碳源:提供酯化反应所需的羟基或者其它基团的物质;

(3)气源:提供体系膨胀发泡所需要的气体。

3.为什么某些P-N系阻燃剂挤出过水槽的时候条子容易粘水?

条子容易粘水是由于阻燃剂的部分组份水溶性比较好,通过螺杆机出口的时候,温度比较高的条子接触到冷水槽,粉体容易析出,所以阻燃剂里面成份必须是难溶水的。

4.为什么不同的PP加入相同的份数阻燃剂存在阻燃效率的差异?

由于PP基体的不同,如均聚PP和共聚PP,由于其内部烯烃含量的不同,这是因为共聚PP里面有PE侧链,PP中的H原子比PE中活性大;PP比PE燃烧热小,与阻燃剂一开始共同起作用,PE分解温度高,后面才起作用;PP基材分解温度在227-247度之间,而PE在335-450度之间,阻燃剂分解温度在260度,PP与阻燃剂匹配性更好。

5. P-N系膨胀型无卤阻燃剂用于玻纤PP为什么效果会变差?

一般来说随PP量的减少,阻燃剂量的增加,材料的阻燃效果会越来越好,为什么在玻纤里面PP相对减少(加入了玻纤),阻燃剂份数不变,而阻燃会变差了甚至不阻燃,这主要是由于玻纤的加入破坏了P-N膨胀体系的阻燃机制,玻纤分布于塑料的各个地方,对于炭层的闭合有大大的破坏作用,以至于不能隔绝氧气而达到组燃烧的效果。

6. P-N系膨胀型无卤阻燃剂加入填料或其它物质后为什么会失去阻燃效果?

不少人为了降低成本,在P-N系膨胀型无卤阻燃剂中加入一些填料,如碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、氢氧化镁等,发现会失去阻燃效果。是因为上述填料的加入,改变了酯化反应过程,酸源会部分的与上述填料反应,并且上述的填料在材料的表面破坏了碳层的形成,导致了机制的失效。

同样道理,加入某些炭黑、色粉也会导致阻燃效果失去。所以一些回收PP料可能是部分填充PP回收的,加入到新料中,导致这个体系变相加入了上述提到的填充,使这个体系失去了阻燃效果。

7. 为什么一些用P-N系阻燃剂生产的PP放置一段时间后(几十天),表面有油状物或者粉状物析出?

如同我们提到的阻燃剂组成由碳源、酸源和气源组成,造成有物质析出的肯定为上述的一种或者几种物质水溶性比较好,与塑料的相容性变差,在加工的时候,材料与上述粉体依靠螺杆机的强烈机械作用力分散开来,而放置一段时间后,由于分子间不断运动,极性不同的物质慢慢就会分开,上述粉体慢慢的从材料的内部析出到表面。

8.为什么某些P-N系阻燃剂在PP加工时会出现发泡或者颜色变灰的情况?

任何阻燃剂都有其起始分解温度,如果阻燃剂本身的分解温度仅仅与材料的溶化温度接近的话,很容易出现上述情况。所以一般来说,阻燃剂的起始分解温度至少要比材料塑化加工的温度要高50度以上,这样才能保证加工的顺利进行。阻燃剂的起始分解温度都在260度以上,所以绝对满足PP加工条件,当然也必须控制好螺杆机的加工条件,避免螺杆机内部剪切热量的实际温度超过阻燃剂的起始分解温度。


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