聚合物成炭阻燃和抗滴落阻燃技术简述

成炭是聚合物固相阻燃的重要方法之一，它可阻止聚合物内部与可燃气体、氧气接触，从而达到阻燃的目的。在阻燃机理中，含磷类阻燃剂可使一些含氧类聚合物如环氧树脂、聚氨酯、不饱和聚酯等成炭正离子脱水成炭；含硼类阻燃剂如硼酸锌等也可成炭；膨胀型阻燃剂是靠成炭技术实现阻燃的，因此成炭性最好。聚合物的燃烧过程与成炭性的一般原则成炭量每增加1/3，发烟量则下降1/2；要使聚合物的最大比光密度(Dm)小于100，成炭量至少应该达到30%；要使聚合物的阻燃级别达到UL94V-0，成炭量也要达到30%以上。大部分聚合物的自成炭性和成炭率都不高，详见下表所示。聚合物的成炭率一般而言，双键含量高的化合物如芳香族基、羟基、醚基、酯基的化合物成炭性都比较高，具体如PU、聚乙炔、季戊四醇、纤维素及其衍生物、异氰尿酸酯、三聚氰胺衍生物等。提高聚合物成炭率的方法添加成炭类阻燃剂，具体如磷酸酯类、硼类和膨胀型阻燃剂；添加交联剂进行交联成炭，如PE、PP、PVC、PS等可进行交联成炭；ABS可通过接枝形成共聚物，实现成炭的目的；添加成炭剂成炭，典型的成炭剂如季戊四醇、异氰酸酯、三聚氰胺衍生物、纤维素及其衍生物、PPO、PF、PEI、PC、PI、PA、TPU等，这些成炭剂只能自身成炭不能催化其他材质成炭，因此加入量要在5%以上；添加催化成炭协效剂，具体如金属氧化物、铝硅酸，如沸石、滑石粉、高岭土、水滑石等，能催化其他组分成炭，加入量在5%以下，例如加入1%的氧化锌可提高ABS阻燃配方的氧指数5%。聚合物抗滴落阻燃技术聚合物燃烧滴落是指聚合物在燃烧时产生熔体下落的现象。这种现象在聚合物阻燃中是绝对要禁止的，因为滴落会引燃燃烧物体下方的物体，是引起火灾蔓延的重要因素。在垂直燃烧UL测试方法中，就有滴落不能引燃下方物体的条款规定。很多聚合物都具有熔融落滴的特性，具体如PE、PP、HIPS、PA、PC等，为此需要进行抗滴落改性。前面介绍的聚合物成炭技术是防滴的主要技术手段之一，因此抗滴落技术往往与成炭相一致，具体方法介绍如下。1、加人交联剂交联是促进成炭的有效方法，也是抗滴落的主要技术手段，例如PP中加入三烯丙基三异氰酸酯(TAIC)或过氧化二异丙苯(DCP)交联剂，可以使PP产生交联反应，在燃烧时燃烧物表面成炭增加，可以有效防止高温下熔体流滴。2、加入抗滴落剂比较有效的抗滴落剂为聚四氟乙烯(F4)，其原理为利用F4在聚合物加工中的纤维化作用，显著增加熔体强度和弹性模量，熔体即使拉长因为强度高也不会滴落，可以起到抗滴落的作用，减少火焰的蔓延。此外，还可以增加聚合物的熔体强度和抗塌陷性。目前市面上的抗滴落剂有纯的聚四氟乙烯和改性聚四氟乙烯两种。纯聚四氟乙烯直接利用分散性不好，很容易结团，因此使用过程中很困难，而且分散不好会导致制品表面不良和抗滴落效果差。目前市面上有一种抗滴落剂是特殊改性的聚四氟乙烯粉末，典型产品为美国3M公司开发的抗滴落剂PA-5935，它是以聚四氟乙烯为基础的含氟添加剂，具体为用SAN进行了包覆处理，与通用树脂有更好的相容性和透明性，聚四氟乙烯与SAN的质量比例为7:3~5:5。除了聚四氟乙烯类抗滴落剂外，一些无机类填料可以起到抗滴落作用，具体如滑石粉、有机蒙托土和金属氧化物等，其中有机蒙托土还兼有成炭性和抗迁移性。3、加入相容剂加入相容剂抗滴落的原理为：加入相容剂后配方组分的相容性提高，大大提高了成炭量，可以达到15.88%，从而提高了燃烧炭层的致密性，起到了抗滴落作用。在PP/膨胀阻燃剂(IFR)70:30配方中加入适量的PP-g-MAH，