低烟无卤阻燃聚烯烃的研究进展和应用前景

结合近几年来在低烟无卤阻燃聚烯烃研究的系列工作,综述了该领域国内外研究的最新进展,重点论述了聚合物纳米插层化合物、可膨胀石墨体系、硅胶/碳酸钾体系、氢氧化镁和硼酸锌、有机磷系和磷-氮系膨胀型阻燃剂在无卤阻燃聚烯烃中所取得的主要成果,展望了其应用前景。

改性氢氧化镁的制备及在PA66中的阻燃应用

以氯化镁、氢氧化钠、尿素和硬脂酸钠为原料,采用沉淀法制备出改性氢氧化镁(MH)粉末材料。结果表明,制备的MH为无规则的、粒径为30～120nm的,且至少有一维是纳米结构的片状材料。在应用方面,采用熔融挤出法制备了多组不同配方的尼龙66(PA66)复合材料。研究发现,MH单独使用时阻燃效率低,将它与微胶囊红磷(MRP)复配使用后能有效地提高材料的阻燃性能。当x(PA66)∶x(MRP)∶x(MH)=100(phr)∶10(phr)∶8(phr)时,MRP/MH/PA66复合材料的垂直燃烧为V-0级,LOI能达到32%。此外,还探讨了可能的阻燃机理,并通过TG、TG-MS等手段研究了材料的热氧稳定性及热氧分解气态产物。

炭黑/氢氧化镁协同阻燃硅橡胶的研究

研究炭黑/氢氧化镁、红磷/氢氧化镁和硼酸锌/氢氧化镁协同阻燃硅橡胶的效果。结果表明,与单独添加氢氧化镁阻燃硅橡胶相比,炭黑/氢氧化镁具有显著的协同阻燃效应,炭黑/氢氧化镁阻燃硅橡胶的氧指数增大;炭黑/氢氧化镁协同阻燃效果明显优于红磷/氢氧化镁和硼酸锌/氢氧化镁;添加炭黑有助于提高氢氧化镁阻燃硅橡胶的燃烧成炭率和质量保持率。

氢氧化镁粒径及偶联剂对PP/Mg(OH)_2复合材料性能的影响

选择两种不同粒径的氢氧化镁[Mg(OH)2]和红磷作为聚丙烯(PP)的阻燃剂;研究了Mg(OH)2粒径、铝酸酯偶联剂以及红磷对PP力学性能和阻燃性能的影响。结果表明:小粒径阻燃剂比大粒径阻燃剂提高复合材料的阻燃性和力学性能更明显;Mg(OH)2经表面处理后使复合材料的力学性能略有提高;红磷的阻燃效果优于Mg(OH)2。

微胶囊化红磷增效氢氧化镁阻燃聚乙烯的燃烧特性

探讨了微胶囊化红磷 (MRP)在氢氧化镁(MH)阻燃低密度聚乙烯 (LDPE)中的阻燃增效作用 ,用氧指数和锥型量热计研究了MRP/MH的不同配比对其氧指数、热释放速率、发烟量等燃烧性能参数的影响。试验结果表明在LDPE/MH体系中添加适量的MRP可以有效地提高材料的氧指数 ,进一步降低材料的热释放速率 ,延长材料的着火时间 ,但是材料的发烟量有所增加。从热失重实验结果可以看出 ,在LDPE/MH体系中添加MRP不仅大大提高材料的初始分解温度 。

疏松型纳米氢氧化镁阻燃聚丙烯

以聚丙烯(PP)为基体,疏松型纳米氢氧化镁(LN-MH)为主阻燃剂,红磷和炭黑为协同阻燃剂,制备了阻燃材料。实验结果表明:包覆剂A8使PP／LN-MH复合材料[(m(PP)／m(LN-MH)为100:40)]力学性能最佳;偶联剂KH550和接枝物又进一步提高了复合材料的力学性能,使PP／LN-MH复合材料和纯PP相当;LN-MH的加入提高了PP的熔融峰温度,降低了结晶度和热失重起始温度,接枝物的加入进一步提高了熔融峰温度,相对增加了结晶度;红磷和炭黑的加入表现出良好的协同作用,在低LN-MH填充量时,加入9 phr红磷或7 phr红磷和5 phr炭黑后阻燃级别达到UL 94 V-0级;通过偶联剂和接枝物进一步改性,能够使复合材料在达到阻燃要求的同时保持良好的力学性能。

硅藻土对氢氧化镁/红磷协同阻燃三元乙丙橡胶性能的影响

通过氧指数仪、箱式电阻炉、热失重分析仪及锥形量热仪考察了硅藻土对氢氧化镁/红磷协同阻燃三元乙丙橡胶性能的影响。结果表明,随着硅藻土用量的增加,氧指数先增大后减小,硅藻土最佳用量为1.5份;硅藻土可以提高体系的热稳定性及残重率,降低热释放速率。

超细活性无机复合阻燃填料在PVC中的应用研究

研究了以Al(OH) 3 、Mg(OH) 2 、煅烧高岭土、白炭黑为主要组分的超细活性无机复合阻燃填料应用于PVC电缆料的阻燃性能、力学性能和电绝缘性能并与其他无机阻燃填料进行了比较。结果表明 :超细活性无机复合阻燃填料应用于软PVC ,其力学性能和电性能可达到GB/T 8815— 2 0 0 2标准 ,氧指数达 3 5 6% ,烟密度为 174 7。这种超细活性无机复合阻燃填料具有高效阻燃、填充增强和电绝缘性三种功能。

LDPE阻燃协效剂及蒙脱土阻燃体系研究

用低密度聚乙烯（LDPE）作为基体树脂，考查了不同偶联剂和处理方法对包覆超细Mg（OH）2效果的影响以及红磷与有机硅等阻燃协效剂、有机蒙脱土对Mg（OH）2的阻燃协效作用。结果表明，1．5％硅烷偶联剂处理的超细Mg（OH）2效果较好，红磷的用量在8～10份、有机硅在1～5份之内均对超细Mg（OH）2具有阻燃增效作用。

MH/MRP/EG协同阻燃PE-HD的性能研究

以微胶囊化红磷(MRP)、氢氧化镁(MH)及可膨胀石墨(EG)为阻燃剂,采用熔融挤出法制备了多组高密度聚乙烯(PE-HD)阻燃复合材料。采用氧指数测试、垂直燃烧测试、红外光谱分析、激光拉曼光谱分析、热重-差热分析、扫描电子显微镜分析及拉伸性能测试等方法对复合材料的阻燃性能、热稳定性、力学性能和断面的微观形貌进行了研究,并探讨了阻燃机理。结果表明,单独使用EG时阻燃效果差,但将EG与MRP、MH复配使用能有效改善材料的阻燃性能;当PE-HD/MH/MRP/EG=100/35/15/5(质量份,下同)时,复合材料的氧指数为28.5%,垂直燃烧达到UL 94 V-0级,且此时复合材料的热氧分解放热量较阻燃剂单独使用时要小得多,最大放热峰也有较大的高温位移,而阻燃剂的加入对材料拉伸性能的影响并不是很大;扫描电子显微镜分析表明,EG与PE-HD基材有很好的相容性,而MRP或MH与PE-HD基材的相容性较差。

红磷/氢氧化镁高效阻燃体系研究

将氢氧化镁和包覆红磷的阻燃剂填充到线性低密度聚乙烯中 ,进行氧指数和垂直燃烧性能测试分析 ,考察了红磷和氢氧化镁在线性低密度聚乙烯中的阻燃效果。结果表明 ,红磷与氢氧化镁并用具有良好的协同效应 。

硅橡胶协同氢氧化镁和红磷阻燃高抗冲聚苯乙烯的研究

研究了硅橡胶协同氢氧化镁、红磷、聚磷酸铵(APP)、硼酸锌等对高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的力学性能和阻燃性能的影响。结果表明,硅橡胶与HIPS相容性较差,加入会降低HIPS的力学性能,单独使用硅橡胶不能阻燃HIPS,但能降低HIPS的发烟量。氢氧化镁与红磷总质量分数为30%左右时,能与硅橡胶(质量分数15%)一起使HIPS的阻燃性能达到FV-0级。对比试验表明,无硅橡胶的复合物使HIPS阻燃性能至少降低一个等级,而且还产生滴落现象。

Mg(OH)_2/红磷复配阻燃NR/LLDPE TPV的研究

研究了硅烷偶联剂KH-550和甲基丙烯酸缩水甘油酯/苯乙烯/过氧化二异丙苯(GMA/St/DCP)多单体"原位"增容改性Mg(OH)2/红磷复配阻燃剂对天然橡胶/线性低密度聚乙烯动态硫化热塑性弹性体(NR/LLDPE TPV)的阻燃效果、静态和动态力学性能及耐热分解性能的影响。结果表明,"原位"增容改性有利于改善NR/LLDPE TPV的阻燃性能和力学性能;当m[Mg(OH)2]/m(红磷)=80/8时,"原位"增容改性阻燃NR/LLDPE TPV的氧的最低浓度(LOI)达到25.6%(体积分数),燃烧时无黑烟和熔滴滴落现象,力学性能保持率较高并具有较好的耐寒性和耐热分解性能。

碳酸镁与氢氧化铝复配阻燃聚乙烯性能研究

将氢氧化铝和碳酸镁复配添加到线性低密度聚乙烯中,发现当氢氧化铝和碳酸镁的比例为4∶1时,其氧指数最高为26.碳酸镁和氢氧化铝复配阻燃聚乙烯具有协同作用.同时由于碳酸镁的加入还提高了体系的拉伸强度,但是却明显降低了断裂伸长率.

用正交设计法研究阻燃LDPE薄膜配方

以低密度聚乙烯LDPE、氢氧化镁和微胶囊化红磷为原材料,利用正交设计法研究了新型阻燃薄膜配方,制备了阻燃型低密度聚乙烯薄膜,并对其氧指数进行测试。结果表明,新型配方中的氢氧化镁和微胶囊化红磷具有协同阻燃效果,并能在一定程度上解决燃烧时的熔滴现象;当氢氧化镁添加量小于29%时,两种阻燃剂对体系阻燃性的影响差别不明显;与纯LDPE薄膜相比,阻燃LDPE薄膜由于添加了上述两种阻燃成分,体系氧指数提高4%,改善了阻燃效果。

无卤阻燃聚烯烃弹性体的研究

采用无机阻燃剂Mg(OH)2制备了阻燃聚烯烃弹性体POE,着重考察了Mg(OH)2用量对复合材料力学性能、阻燃性能、耐热性能、结晶性能和加工性能的影响。结果表明:Mg(OH)2用量的增加能够提高复合材料的氧指数,改善其水平燃烧和垂直燃烧效果,但仅在Mg(OH)2质量分数为65%时才能达到最佳的阻燃效果。大量填充未改性Mg(OH)2会导致复合材料力学性能的急剧恶化,适当的表面改性可提高其力学性能。Mg(OH)2能够显著提高复合材料的耐热性能,Mg(OH)2对POE具有异相成核作用。Mg(OH)2用量较大时,复合材料的储能模量和黏度都显著提高。

PBT的低烟阻燃性研究

研究了几种阻燃体系对PBT的阻燃抑烟效果 ,结果发现 ;用氢氧化镁 (MH)和硼酸锌 (ZB)与十溴联苯醚 (DBDPO) -氧化锑或包覆红磷共同使用 ,可使燃烧过程的发烟量降低 40 %左右 ;聚苯醚 (PPO)和一种磷酸酯阻燃剂配合使用 ;其阻燃抑烟作用及对力学性能的改善作用优于十溴联苯醚

红磷母粒与氢氧化镁协效阻燃高抗冲击强度聚苯乙烯研究

采用红磷母粒与氢氧化镁协效阻燃制备无卤高抗冲聚苯乙烯复合材料。利用万能试验机测试复合材料的力学性能,利用水平-垂直燃烧仪与氧指数测定仪测试复合材料的阻燃性能。结果表明,在协效阻燃剂添加分数相同时,红磷母粒与氢氧化镁的配比分数对复合材料的力学性能与阻燃性能均有影响。

芳基硼酸衍生物与氢氧化镁的协同阻燃性能

为了发展新型有机/无机复配阻燃剂,将芳基硼酸衍生物三(4,4′,4″-三硼酸-苯基)胺(3BzN-3B)与Mg(OH)2进行复配,以环氧树脂(EP)作为被阻燃体系,利用热重分析、锥形量热和扫描电镜等手段,研究了3BzN-3B/Mg(OH)2复配阻燃体系对EP的阻燃性能。研究发现,3BzN-3B/Mg(OH)2可以提高EP的残炭率。当用5%3BzN-3B/35%Mg(OH)2阻燃EP时,其极限氧指数达到31.9%,且垂直燃烧也达到了UL-94V-0等级。另外,3BzN-3B/Mg(OH)2还能够降低EP的热释放速率、热释放总量和烟释放总量。扫描电镜观察结果表明,经3BzN-3B/Mg(OH)2阻燃后的EP,其在燃烧后所形成炭层的表面致密,裂纹较少。

Mg(OH)_2/Al(OH)_3/包覆红磷阻燃SEBS/PS共混物

研究了Al(OH)_3,Mg(OH)_2包覆红磷(10份)对苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)/聚苯乙烯(PS)阻燃性能的影响。结果表明,Mg(OH)_2用量为80份时阻燃级别达V-2,氧指数达到29%,但力学性能较差;Al(OH)_3用量为80份时阻燃效果不很理想,但对力学性能影响较小;Mg(OH)_2/Al(OH)_3/包覆红磷体系中Mg(OH)_2用量大于Al(OH)_3时综合阻燃效果最好。阻燃体系的热释放速率降低,有效燃烧热出现峰值延后。