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尼龙阻燃剂的种类和技术发展趋势

2021-06-16 已有12人浏览 韩国快三

尼龙(PA)是分子主链中含有酰胺键的热塑性工程塑料。PA种类繁多,主要有PA6、PA66、PA610、PA1010、PA11等,其中PA6和PA66的商业生产和实际应用最为成功。PA材料垂直燃烧等级达到UL94V-2级,极限氧指数(LOI)约为24%,在室温下会自动熄灭,具有一定的阻燃性能。然而,随着应用范围的不断扩大,电子电器、建筑等领域对PA的阻燃性能提出了更高的要求,需要垂直燃烧等级达到UL94V-0级,LOI达到28%以上。所以尼龙阻燃势在必行。

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01、尼龙阻燃方式

(1)使用添加阻燃剂:添加阻燃剂通过共混将阻燃剂分散在基体中,制备阻燃PA。虽然这种方法容易影响材料的机械性能,但步骤简单,设备投资少,应用广泛,是制备阻燃PA的主要方法。

(2)使用反应阻燃剂:反应阻燃剂是将阻燃剂分子中的阻燃官能团通过共聚的方式连接到PA上,制备阻燃PA。该方法阻燃效率高,阻燃效果持久,解决了阻燃剂的暴露和迁移问题,但步骤复杂,设备投资大,工业应用有限。


02、添加阻燃剂的类型

卤制阻燃剂

卤素阻燃剂主要包括溴阻燃剂和氯阻燃剂。其应用范围广,产量和需求量大,国内需求比例达到阻燃剂需求的30%以上。常规卤系阻燃剂有双(六氯环戊二烯)环辛烷、十溴二苯醚、四溴双酚A等。尽管卤系阻燃剂有许多优点,但在阻燃过程中会产生有毒气体。一些卤素阻燃剂被禁止在斯德哥尔摩公约和欧盟REACH法规中使用。

必须创新现有产品,开发新型卤素阻燃剂。溴化聚苯乙烯(BPS)和十溴二苯基乙烷作为新型高效阻燃剂的代表,在保持阻燃性能的同时,更加环保安全,是卤素阻燃剂的重要发展方向。三氧化锑、锡酸锌、硼酸锌和卤制阻燃剂具有良好的协同作用,与BPS、十溴二苯基乙烷联合使用时,可获得阻燃性能优异、能抑烟的卤制阻燃PA。

氮阻燃剂

氮阻燃剂主要有三聚氰胺(MA)、聚磷酸三聚氰胺(MPP)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)。氮阻燃剂因其环境友好、抗紫外线、阻燃效率高而成为国内外研发的热点。氮阻燃剂的阻燃机理一方面是气相在燃烧过程中受热分解产生的N2、CO2、H2O等不可燃气体,稀释了可燃气体的浓度。另一方面,固相在加热时在材料表面形成炭层,起到隔热、隔氧、抑烟的作用。氮阻燃剂通常与三氧化二锑、卤阻燃剂和磷阻燃剂一起使用。

磷阻燃剂

磷阻燃剂分为无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂,其中无机磷阻燃剂主要包括红磷阻燃剂和聚磷酸铵、磷酸盐及其衍生物,有机磷阻燃剂包括亚磷酸酯、有机磷酸酯和有机次磷酸盐。在有机磷阻燃剂中,次磷酸盐阻燃剂因其优异的阻燃性能和环境友好而受到广泛关注。

膨胀阻燃剂

膨胀阻燃剂(IFR)在PA阻燃系统中越来越受到重视。IFR通常由气源、酸源和炭源组成。气源在高温下分解气体,酸源在高温下分解酸性物质,炭源在高温下可形成炭层。常见的IFR主要是氮磷协效IFR,结合了氮阻燃剂和磷阻燃剂的优点。例如,可以使用三聚氰胺、氨基苯磺酸和多磷酸铵作为原料制备单分子膨胀阻燃剂,阻燃PA11。

金属氧化阻燃剂

氢氧化镁(MH)和氢氧化铝(ATH)在金属氧化物阻燃剂中应用最广泛,国内对ATH阻燃剂的需求在所有阻燃剂的需求中所占比例最大,高达总量的31%。

Sb2O3在阻燃剂中的应用也非常广泛,Sb2O3与卤系阻燃剂、氮系阻燃剂等合作使用。

无机纳米阻燃剂

无机纳米阻燃剂具有阻燃效率高、环境友好、相容性好等优点,已成为当前研究的热点话题之一。它包括埃洛石(HNTs)、碳纳米管(CNTs)、多层硅酸盐(高岭土、蒙脱土等粘土物质)颗粒等。


03、反应阻燃剂

反应阻燃剂一旦引入PA,就能获得阻燃效果好、阻燃性能持久的阻燃PA。举例来说,可以通过9,10-2氢-10[2,3-2(羟基碘基)丙基]-10-磷杂菲-10-氧化物(DDP)和3-羟基苯基氧膦基丙酸(3-HPP)上的羧基和钠-己内酰胺进行缩聚反应,制备阻燃PA6。

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04、阻燃新技术和发展方向

生物阻燃剂:

生物阻燃剂具有良好的发展前景。壳类动物的壳聚糖和谷类植酸可形成氮磷合效阻燃剂,涂层后可使PA66织物无熔滴,加速炭层的形成,提高阻燃性能。

有学者用玉米淀粉代替膨胀阻燃剂IFR配方中的季戊四醇和聚磷酸铵使用涂层技术,在PA1010中用紫外线法固化生物基膨胀阻燃剂,发现热释放速度高于原来。

阻燃新技术:

技术创新可以为PA提供更多的阻燃方法和改性方向。

PA常见的阻燃技术包括添加偶联剂、微胶囊化、阻燃母粒法等。,在现有研究中取得了良好的效果,提高了PA的阻燃性能,改善了相容性差的问题。交联阻燃技术作为一种新型的交联阻燃技术,具有降低成本、抑制烟气、减少污染等优点。

研发方向:

氮阻燃剂和磷阻燃剂与基体相容性差的问题可以通过微胶囊法和母粒法来改善。氮磷复合系统作为环保膨胀阻燃剂的代表,具有广阔的应用前景。为了获得合适的阻燃性能,金属氧化物阻燃剂需要联合使用,以较低的用量。

阻燃剂的发展有两个主要方向:一是通过不同系统的复合、交联阻燃和涂层阻燃的有机结合,使阻燃PA技术向提高综合性能的方向发展;另一种是通过生物基PA、生物源阻燃剂和环保粘土的结合,阻燃PA向环保方向发展。