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常用的阻燃剂


一、目前常用的阻燃剂按不同的分类方法可以分成3大类,具体分类如下:



二、各类典型的阻燃剂


1、氯系阻燃剂

近来,氯系阻燃剂已部分为溴系阻燃剂取代,氯系在整个阻燃剂的消耗量中有所下降。


A、氯化石蜡(C20H24Cl18~C24H29Cl21)

含氯量50%的主要用作PVC塑料的辅助增塑剂;含氯量70%的主要用作阻燃剂。


B、氯化聚乙烯

一类含氯35%-40%,另一类含氯68%,无毒。可用于聚烯烃,ABS树脂等。

它本身是聚合材料,因此作为阻燃剂使用时和树脂体系相容性好,不影响塑料的物理机械性能,耐久性良好。


2、溴系阻燃剂

A、四溴双酚A

性质:灰白色粉末。熔点180-184℃,沸点316℃(分解)。

用途:广泛用作反应型阻燃剂以制造含溴环氧树脂和含溴聚碳酸酯以及作为中间体合成其他复杂的阻燃剂,也作为添加型阻燃剂用于ABS、HIPS、不饱和聚酯、硬质聚氨酯泡沫塑料、胶黏剂以及涂料等。既可作添加型阻燃剂,又可作为反应型阻燃剂。



B、十溴二苯醚

性质:白色微细粉末,溶点为304-309℃,溴含量大约83.3%,几乎不溶于所有溶剂,5%热量失重时温度大于320℃,热稳定性好。

用途:添加型阻燃剂,用途广泛;可用于PE、PP、ABS树脂、环氧树脂、PBT树脂、硅橡胶、三元乙橡胶及PET、PA6等材料的阻燃剂。其与Sb2O3并用阻燃效果更佳。缺点是耐侯性差,容易黄变。


3、磷系阻燃剂

磷系阻燃剂包括无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。

A、无机磷系阻燃剂

红磷、聚磷酸铵(APP)、磷酸铵盐、磷酸盐及聚磷酸盐等。


阻燃机理:燃烧时生成磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸等,覆盖于树脂表面,可促进塑料表面炭化成炭膜;聚偏磷酸则呈黏稠状液态覆盖于塑料表面。这种固态或液态膜能阻止自由基逸出,又能隔绝氧气。

磷系与氮系及金属氢氧化物等阻燃剂都有协同作用,并用可产生协同阻燃和消烟效果。

无机磷系阻燃剂的耐水性差,与聚烯烃的相容性差,致使制品的力学性能下降,所以在聚烯烃中用量少。


①、红磷

红色至紫红色粉末,因仅含有磷元素,所以比其他磷化物阻燃效率高。如7.5%红磷填充PA的氧指数可达35%,而加入15%磷酸酯阻燃剂的PA氧指数仅为28%。

红磷的缺点为与树脂的相容性差、易吸湿、颜色太深。红磷进行微囊化处理后,与树脂的相容性提高,吸湿性降低,但需防止红磷与氧及水接触而生成剧毒的磷化氢,必须加入磷化氢捕捉剂。


②、聚磷酸铵(APP)

性质:白色粉末,随聚合度增大而吸水性降低。APP在250℃以上分解,释放出水和氨,并生成磷酸,阻燃机理为吸热降温和稀释可燃气体。APP由于分子内含有磷和氮,具有很好的协同作用,阻燃效果很好,主要用于防火涂料中。


B、有机磷系阻燃剂

磷酸酯、磷杂菲(DOPO),磷腈化合物、有机次膦酸以及有机次膦酸盐等。

阻燃机理:与无机磷系阻燃剂类似。

①、磷酸酯

磷酸酯中主要包括磷酸三甲苯酯(TCP)、二苯基磷酸甲苯酯(CDP)和磷酸三苯酯(TPP)等,脂肪族磷酸酯中较重要的有磷酸三辛酯(TOP)。

有机磷系阻燃剂与树脂的相容性好,可保持树脂的透明性;缺点为热稳定性差、易水解、析出性大等。

优点为阻燃和增塑双功能,阻燃无卤化。由于有机磷系阻燃剂大多为油状,与粒状树脂不易混合,因此常用于热固性不饱和聚酯、聚氨酯、软PVC、PVC糊树脂及纤维素树脂等。


②、磷杂菲(DOPO)

反应型阻燃剂,目前应用仅局限于环氧树脂中,市场空间尚未明显扩大。吸水率高,在300℃左右分解,耐热性较差。


③、磷腈化合物

添加型阻燃剂,用于大规模集成电路封装、环氧树脂、LED发光管及其它高分子材料的阻燃。阻燃效果好,耐热性优异,但价格偏贵。


3、氮系阻燃剂

常用品种有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)等,往往需加入协同剂,用于PA、PU、PO、PET、PS、PVC等树脂中。氮/磷为最常用的协同阻燃体系。

阻燃机理:这类阻燃剂主要通过分解吸热及生成不燃性气体以稀释可燃物而发挥作用。以及与磷的协同阻燃作用。

①、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)


可用于尼龙、聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸、有机硅中。

优点:含氮量高该产品具有价格低廉、高效、优异的电性能和机械性能、不变色、低烟、低腐蚀性。同时它低毒,对使用者安全,与环境相容性好,良好的热稳定性,非常适宜材料的加工。

缺点:吸潮,350℃左右开始升华。


4、膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂不是单一的阻燃剂品种,是以磷、氮、碳为主要成分的无卤复合阻燃剂,其体系内自身具有内协同作用。由于此类阻燃剂在受热时发泡膨胀,所以称为膨胀型阻燃剂。

膨胀型阻燃剂基本克服了传统阻燃技术中的缺点,优点如下:高阻燃性、无熔滴行为,对长时间或重复暴露在火焰中有较好的抵抗性;无卤、无锑;低烟、少毒、无腐蚀性气体产生。

膨胀型阻燃剂由三个部分组成:酸源(脱水剂)、炭源(成炭剂)、气源(发泡源)

A、酸源

一般为无机酸或无机酸化合物,可与树脂作用,促进炭化物的生成。品种:磷酸、硫酸、硼酸、磷酸铵盐、磷酸酯、磷酸盐及聚磷酸铵等,以聚磷酸铵最为常用。


B、炭源

主要为一些含碳量较高的多羟基化合物或碳水化合物,如树脂本身、淀粉、季戊四醇及其二聚体和三聚体等。


C、气源

为含氮类化合物如铵类和酰胺类,具体有尿素、三聚氰胺、聚磷酸铵、聚氨酯、聚脲树脂等。氮化合物除起发泡作用外,对炭化层的形成也有促进作用(形成多孔泡沫炭层)。


①、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)

属于磷—氮系膨胀性阻燃剂,含磷15%,含氮40.7%。

它既可以单独作为阻燃剂使用,也可以作为辅助型阻燃添加剂,广泛用于尼龙、PBT、聚烯烃、电线电缆以及合成橡胶、PU、环氧树脂、防火涂料等。

优点:含氮量高、价格低廉、阻燃效率高、优异的电性能和机械性能、不变色、低烟、低腐蚀性。同时它低毒,对使用者安全,与环境相容性好,良好的热稳定性,但加工性稍差。


5、无机氢氧化物阻燃剂

无机氢氧化物易处理,相对无毒,不产生有毒、有腐蚀性的气体,而且抑烟,更重要的是比卤、磷阻燃体系便宜。


①、氢氧化铝(ATH)

氢氧化铝是无机氢氧化物销售最多的阻燃剂,主要用于加工温度在200℃以下的人造橡胶、热固性树脂及热塑性塑料。氢氧化铝阻燃的塑料在火焰中发烟性较小是一个突出的优点。


②、氢氧化镁(MDH)

氢氧化镁是一种热稳定性更好的无机阻燃剂,超过300℃仍然稳定,广泛用于许多人造橡胶、树脂、包括工程塑料及其他在高温加工下的树脂。在聚合物体系中起到阻燃,消烟的作用。

两者复合使用,互为补充,其阻燃效果比单独使用更好。

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