阻燃高分子材料

1、Flame-retarded Ploymeric Materials Page 2 目录目录 高分子阻燃剂的简介高分子阻燃剂的简介 高分子阻燃剂的制备及特性高分子阻燃剂的制备及特性 阻燃高分子材料的应用与发展阻燃高分子材料的应用与发展 Page 3 高分子阻燃剂的简介高分子阻燃剂的简介 在阻燃材料发展迅猛的今天，关于阻燃剂的研究越来 越受到人们的重视，各类新型的阻燃剂应运而生，高分子 阻燃剂就是其中的一大类。 由于高分子阻燃剂使用方便，阻燃效果好，低烟低毒， 相溶性，分散性好，同工程塑料共混容易，加之本身耐热 温度高，耐化学药品性能好，因此既具有阻燃的作用、又 有共混复合的效果。不仅对基体塑料

2、的物理机械性能和加 工性能影响很小，对于一些基本塑料的物理机械性能和加 工性能还能有所改善。由于高分子阻燃剂与低分子阻燃剂 相比具有许多优越性，以致于国内外在这方面研究的人越 来越多。 Page 4 阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰 传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反 应型两类，添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中 掺入塑料中，多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂 是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合 物分子链上，多用于热固性塑料，有些反应型阻 燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构，阻 燃剂又可分为无机和有机两类，在这些化合物中 多含有卤素和磷，有的含有锑、硼、铝等元素。 Page

3、 5 阻燃剂的阻燃作用就是在聚合物材料的燃烧过程中能阻止或 抑制其物理或化学变化的速度，具体说来，这些作用体现在 以下几个方面。 n 吸热效应吸热效应其作用是使高聚物材料的温度上升发生困难。 n 覆盖效应覆盖效应其作用是在较高温度下生成稳定的覆盖层，或分 解生成泡沫状物质，覆盖于高聚物材料的表面，使燃烧产 生的热量难以传入材料内部，使高聚物材料因热分解而生 成的可燃性气体难于逸出，并对材料起隔绝空气的作用， 从而抑制材料裂解，达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物 和防火发泡涂料等可按此机理发挥作用。 Page 6 n 稀释效应稀释效应此类物质在受热分解时能够产生大量的不燃性气 体，使高聚物材料所产

4、生的可燃性气体和空气中氧气被稀 释而达不到可燃的浓度范围，从而阻止高聚物材料的发火 燃烧。例如，磷酸胺、氯化胺、碳酸胺等加热时就能产生 不燃性气体CO2, NH3, HCl和H2O。 n 转移效应转移效应其作用是改变高聚物材料热分解的模式，从而抑 制可燃性气体的产生。例如，利用酸或碱使纤维素产生脱 水反应而分解成为炭和水，因为不产生可燃性气体，也就 不能着火燃烧。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解产生这 类物质，催化材料稠环炭化，达到阻燃目的。 Page 7 n 抑制效应抑制效应(捕捉自由基捕捉自由基)，高聚物的燃烧主要是自由基连锁反 应，有些物质能捕捉燃烧反应的活性中间体HO、H 、O、 HOO

5、等，抑制自由基连锁反应，使燃烧速度降低直至火焰 熄灭。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制 效应。 n 增强效应增强效应(协同效应协同效应) 有些材料，若单独使用并无阻燃效果 或阻燃效果不大，多种材料并用就可起到增强阻燃的效果。 Page 8 高分子阻燃材料的分类高分子阻燃材料的分类 n 聚合物/碳类纳米复合材料 n 水合金属氧化物复合材料 n 磷硅添加复合材料 Page 9 阻燃机理和阻燃技术阻燃机理和阻燃技术 材料的阻燃性，常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交 换阻燃等机理实现。 气相阻燃：气相阻燃：抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃 功能。 凝聚相阻燃：凝聚相阻燃：在固相中

6、延缓或阻止高聚物热分解起阻燃作 用。 中断热交换机理类的阻燃：中断热交换机理类的阻燃：将聚合物燃烧产生的部分热量 带走而导致的阻燃。 但燃烧和阻燃都是十分复杂的过程，涉及很多影响和制约 因素，将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很 难的，实际上很多阻燃体系同时以几种阻燃机理起作用。 Page 10 气相阻燃机理气相阻燃机理 n 阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧 链式反应中断。 n 阻燃材料受热或燃烧时生成细微粒子，它们能促进自由基 相互结合以中止链 式燃烧反应。 n 阻燃材料受热或燃烧时释放出大量的惰性气体或高密度蒸 汽，前者可稀释氧 和气态可燃物，并降低此可燃气的温

7、度 ，致使燃烧中止; 后者则覆盖于可燃气上，隔绝它与空 气的接触，因而使燃烧窒息。可挥发性、低沸点的含磷化 合物，诸如三烷基氧化磷(R3PO) ，属于气相阻燃剂。质 谱分析表明，三苯基膦酸酯和三苯基膦氧在火焰中裂解成 自由基碎片，这些自由基像卤化物一样捕获H及O游离基， 从而起到抑制燃烧链式反应的作用。 Page 11 凝聚相阻燃机理凝聚相阻燃机理 n 阻燃剂在凝聚相中延缓或阻止可产生可燃气体和自由基的 热分解。 n 阻燃材料中比热容较大的无机填料，通过蓄热和导热使材 料不易达到热分 解温度。 n 阻燃剂受热分解吸热，使阻燃材料温升减缓或中止。 n 阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，此层难燃

8、、隔热、 隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，致使燃烧中为维持 继续燃烧，必须具有足够的氧气和可燃性气体混合物。如 果热裂解生成的自由基被截留而消失，燃烧就会减慢或中 断。 Page 12 中断热交换阻燃机理中断热交换阻燃机理 n 这是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材料不 能维持热分解温度，因而不能维持产生可燃气体，于是燃 烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔 融材料易滴落，因而将大部分热量带走，减少了反馈至本 体的热量，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。所以，易 熔融材料的可燃性通常都较低，但滴落的灼热液滴可引燃 其他物质，增加火灾危险性。 Page 13 高分子阻燃剂的

9、制备及特性高分子阻燃剂的制备及特性 高分子阻燃剂的合成通常是由单体在引发剂存在下通 过缩聚或加成聚合而得到的。下面把几种重要的高分子阻 燃剂的合成方法及性能介绍一下。 1、 FR1025(聚丙烯酸五溴苯酯聚丙烯酸五溴苯酯) FR 1025是由1丙烯酸五溴苯基甲酯单体在引发 剂存在下乳液聚合制得，产品为白色流动性粉末。其聚合 反应如下式表示： Page 14 其单体可由丙烯酰氯与五溴苯甲醇反应制得。过程如下式所示: FR 1025具有高的阻燃效率和热稳定性， 良好的 加工性，优良的抗大气性和化学稳定性，令人满意的电气性 能。它与高聚物及增强材料能很好相容，在基材中不迁移， 不起霜。它特别适合用于

10、制造复杂电子设备的工程塑料(包 括增强的及未增强的)，如尼龙6， 尼龙一66，PBT等。 Page 15 2、阻燃聚酯多阻燃聚酯多元元醇醇 阻燃聚酯多元醇合成方法如下：先将磷酸与三羟甲基丙烷在真空下加热脱水 生成三羟甲基丙烷磷酸酯，然后与环氧氯丙烷反应制得含磷、氯的阻燃树脂。其 反应如下式所示： Page 16 这类阻燃剂适用作结构型聚氨酯软泡料的阻燃剂， 效果良好。 Page 17 阻燃高分子材料的加工及应用阻燃高分子材料的加工及应用 常见阻燃高分子有以下几类应用： n 阻燃聚酯纤维。主要应用集中在磷系阻燃聚酯上。 n 阻燃聚酰胺。主要应用集中在无卤素、力学性能优良 的阻燃聚酰胺。 n 阻燃热塑性聚酯塑料。发展比较成熟的有含卤阻燃剂和含磷阻燃 剂。 如阻燃PET/PBT/PC等。 n 阻燃聚乙烯。由于PVC为易燃材料，且是主要的电缆材料，阻燃 性能的提高对于安全使用十分重要。 n 阻燃聚丙烯。PP也是易燃材料，它的阻燃主要采用溴化物和三氧 化二锑复合阻燃体系、有机硅复合阻燃体系、膨胀阻燃体系等。 n 阻燃复合材料。主要有PA、PET、PBT、PS 与粘土纳米材料