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PP/TPE無鹵阻燃常用體系及常見八大問題分析!
時間:2021-06-23      點擊數:2621
聚烯烴材料的氧指數一般都在20%以下,易燃,極易造成火災,然而常規阻燃劑的加入又不可避免的會影響聚烯烴材料的其他性能。接下來,讓我們一起了解下聚烯烴阻燃劑常用體系。
溴系
傳統的含鹵阻燃劑中,PP一般用八溴醚+三氧化二銻,比例一般為3:1 ,缺點是溴會析出、而且做不到真正的V0。
PE一般用十溴二苯乙烷+三氧化二銻,比例一般也為3:1,這是一個很成熟的配方,但是成本太高、受價格影響比較大。
聚烯烴的無鹵阻燃體系一般有三種,磷系、溴、磷、氮體系復配和無鹵膨脹體系,而且用在PE里邊時,用量一般比PP大。
磷系 
 
含磷化合物存在許多氧化態,它們的受熱分解產物具有強烈的脫水作用,使所覆蓋的聚合物表面炭化,形成炭膜,起到阻燃作用。

但是磷系阻燃劑只能做深色的東西,再者受環保影響,供應緊張,價格波動較大!溴、磷、氮復配的阻燃劑體系在PP里邊用的比較多,而且只能做到V2,成本較低 ,但是在PE里邊不能用,常用來代替八溴醚。

無鹵膨脹體系 
 
IFR是一種新型的阻燃體系,以磷和氮為有效阻燃組分不含鹵素,也不必采用氧化銻為協效劑.含有這種阻燃劑的高聚物受熱時,表面能生成一層均勻的炭質泡沫層,此層能隔熱、隔氧、抑煙等,并能防止熔滴,因而具有良好的阻燃性能。IFR體系一般是由酸源、碳源及氣源組成。通常有混合型和單體型(三源同存于單一分子內)兩種。
目前,膨脹型阻燃劑在PP中應用時出現以下問題:
(1)與聚合物基體相容性較差,膨脹型阻燃劑與聚合物的極性相差很大導致其相容性差,使聚合物的電性能和絕緣性能有所下降,尤其是力學性能如拉伸強度和抗沖擊強度大幅度下降;
(2)易吸潮,如APP/PER/MA膨脹阻燃體系,不但多羥基容易吸濕,很黏、耐溫不高、而且各成分之間易發生醇解,導致阻燃聚合物耐水性差;
(3)一般的膨脹型阻燃劑的相對分子質量小,易遷移到聚合物表面,從而導致阻燃產品的物理機械性能差,尤其外觀性差。
(4)焦磷酸哌嗪體系最近幾年剛開始流行的產品,價格太高、目前國內有幾家在做,品質很好,比APP成本產一噸PP增加2000-3000元,有一個優勢是可以加20%-30% 的短玻纖。
目前,含鹵阻燃劑仍占主導地位,隨著環保的高標準以及用戶對阻燃等級的高要求,高效的無鹵V0體系是阻燃必然的發展趨勢,如何在保證高效阻燃的同時,又能保持材料其他性能的穩定其實并不容易。 

PP/TPE聚烯烴無鹵阻燃劑常見問題

PP/TPE聚烯烴無鹵阻燃劑阻燃機理及配方和應用中常見問題:
1、P-N系膨脹型阻燃劑的阻燃機理
一般包括三部分,即碳源(常為多羥基化合物,如季戊四醇)、酸源(如聚磷酸銨,即APP)及發泡劑(如三聚氰胺),它們是通過下述相互作用而形成炭層的:
① 在較低溫度(150℃左右,具體溫度取決于酸源和其他組分的性質)下,有酸源產生能酯化多元醇和可作為脫水劑的酸;②在稍高于釋放酸的溫度下,酸與多元醇(碳源)進行酯化法反應,而體系中的胺則作為此酯化反應的催化劑,加速反應進行;③體系在酯化反應前或酯化反應過程中熔化;④反應過程中產生的水蒸氣和氣源產生的不燃性氣體使已處于溶融狀態的體系膨脹發泡。與此同時,多元醇和酯脫水炭化,形成無機物及炭殘余物,且體系進一步膨脹發泡;⑤反應接近完成時,體系膠化和固化,最后形成多孔泡沫炭層。
2. P-N系膨脹型阻燃劑由三部分組成
酸源:提供酯化反應所需的酸;碳源:提供酯化反應所需的羥基或者其它基團的物質;氣源:提供體系膨脹發泡所需要的氣體。
3.為什么某些P-N系阻燃劑擠出過水槽的時候條子容易粘水?
條子容易粘水是由于阻燃劑的部分組份水溶性比較好,通過螺桿機出口的時候,溫度比較高的條子接觸到冷水槽,粉體容易析出,所以阻燃劑里面成份必須是難溶水的。
4.為什么不同的PP加入相同的份數阻燃劑存在阻燃效率的差異?
由于PP基體的不同,如均聚PP和共聚PP,由于其內部烯烴含量的不同,這是因為共聚PP里面有PE側鏈,PP中的H原子比PE中活性大;PP比PE燃燒熱小,與阻燃劑一開始共同起作用,PE分解溫度高,后面才起作用;PP基材分解溫度在227-247℃之間,而PE在335-450之間,阻燃劑分解溫度在260,PP與阻燃劑匹配性更好。
5. P-N系膨脹型無鹵阻燃劑用于玻纖PP為什么效果會變差?
一般來說隨PP量的減少,阻燃劑量的增加,材料的阻燃效果會越來越好,為什么在玻纖里面PP相對減少(加入了玻纖),阻燃劑份數不變,而阻燃會變差了甚至不阻燃,這主要是由于玻纖的加入破壞了P-N膨脹體系的阻燃機制,玻纖分布于塑料的各個地方,對于炭層的閉合有大大的破壞作用,以至于不能隔絕氧氣而達到組燃燒的效果。
6. P-N系膨脹型無鹵阻燃劑加入填料或其它物質后為什么會失去阻燃效果?
不少人為了降低成本,在P-N系膨脹型無鹵阻燃劑中加入一些填料,如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉、氫氧化鎂等,發現會失去阻燃效果。是因為上述填料的加入,改變了酯化反應過程,酸源會部分的與上述填料反應,并且上述的填料在材料的表面破壞了碳層的形成,導致了機制的失效。
同樣道理,加入某些炭黑、色粉也會導致阻燃效果失去。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,導致這個體系變相加入了上述提到的填充,使這個體系失去了阻燃效果。
7. 為什么一些用P-N系阻燃劑生產的PP放置一段時間后(幾十天),表面有油狀物或者粉狀物析出?
如同我們提到的阻燃劑組成由碳源、酸源和氣源組成,造成有物質析出的肯定為上述的一種或者幾種物質水溶性比較好,與塑料的相容性變差,在加工的時候,材料與上述粉體依靠螺桿機的強烈機械作用力分散開來,而放置一段時間后,由于分子間不斷運動,極性不同的物質慢慢就會分開,上述粉體慢慢的從材料的內部析出到表面。
8.為什么某些P-N系阻燃劑在PP加工時會出現發泡或者顏色變灰的情況?
任何阻燃劑都有其起始分解溫度,如果阻燃劑本身的分解溫度僅僅與材料的溶化溫度接近的話,很容易出現上述情況。所以一般來說,阻燃劑的起始分解溫度至少要比材料塑化加工的溫度要高50度以上,這樣才能保證加工的順利進行。阻燃劑的起始分解溫度都在260度以上,所以絕對滿足PP加工條件,當然也必須控制好螺桿機的加工條件,避免螺桿機內部剪切熱量的實際溫度超過阻燃劑的起始分解溫度。


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