无卤阻燃改性PP、EVA、TPE的阻燃机理及配方中常见的问题简析

发布时间：2020-11-26 11-26 10:29 作者：

前言：

目前无卤阻燃改性PP、EVA、TPE等材料所用的无卤阻燃剂大多数是磷氮体系膨胀型阻燃剂。P-N体系膨胀型阻燃剂的阻燃机理基本类似，但是不同的酸源，不同的气源，以及不同的炭源，对材料的阻燃性能及其他物性影响也比较大。下面就简单介绍一下P-N体系膨胀型阻燃剂的阻燃机理及常见问题。

一、P-N体系膨胀型阻燃剂的阻燃机理一般包括三部分：

炭源（成炭剂），提供酯化反应所需的羟基或者其它基团的物质(常为多羟基化合物，如季戊四醇)；

酸源（脱水剂），提供酯化反应所需的酸(常为含磷化合物，如二乙基次膦酸铝ADP)；

及气源（发泡剂），提供体系膨胀发泡所需要的气体(常为含氮化合物，如三聚氰胺及其盐)。

二、它们是通过下述相互作用而形成炭层的：

1、在较低温度下(150℃左右,具体温度取决于酸源和其他组分的性质)，酸源会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(即碳源)进行酯化反应，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汽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。

图1：P-N体系阻燃剂在TPE中的阻燃机理

三、为什么某些P-N体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。次磷酸铝及聚磷酸胺APP类比较容易发生水溶现象，而二乙基次膦酸铝则不会出现上述条子粘水现象。

四、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，其内部烯烃含量不同。这是因为共聚PP里面有PE侧链，PP中的H原子比PE中的活性大；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，常用的阻燃剂分解温度在260度，PP与阻燃剂匹配性更好。

五、P-N体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阻燃的效果。

六、P-N体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体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炭层的形成，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。

七、为什么一些用P-N体系阻燃剂生产的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，造成有物质析出肯定是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。而二乙基次膦酸铝含有有机基团，与有机树脂相容性很好，不会发生析出。

图2：阻燃剂析出和鼓泡现象

八、为什么某些P-N体系阻燃剂在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。

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