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专题论述

聚丙烯阻燃改性大盘点

发布时间:2022/11/4 11:03:44 来源:工程塑料应用

聚丙烯(PP)作为五大通用塑料之一,在各行各业中都有着广泛的应用,然而PP易燃的特点也限制了其应用空间,阻碍了PP材料的进一步发展,因此PP的阻燃改性一直是人们关注的重点。

接下来我们就一起来看看以PP为代表的高分子材料燃烧过程与阻燃机理、阻燃PP的盘点等。

燃烧过程

高分子材料是指分子链上含有碳、氢、氧等元素的高分子化合物,大多数的高分子都是可燃的。高分子材料的燃烧是一系列物理变化和化学反应的综合,因此在高分子材料的燃烧过程中会表现出熔融软化、体积变化等特殊的现象。

作为碳氢化合物,PP的氧指数仅为17.4,易于燃烧,阻燃性差,且燃烧时发热较大,同时伴随着滴落容易引起火灾,对生命财产造成威胁。在电子电器领域,PP的这个易燃特性限制了其更广泛的应用,因此有必要对PP材料进行阻燃的研究开发。

阻燃机理

阻燃机理大致可分为两类:连锁反应终止机理、表面隔绝机理和中断热交换机理。

(1)连锁反应终止机理PP燃烧时,先分解为烃,然后在高温下进一步热氧化裂解为游离的HO·,HO·的连锁反应是燃烧得以持续燃烧的原因,而连锁反应的终止就是消耗燃烧过程中产生的 HO·。

(2)表面隔绝机理PP在燃烧时,阻燃剂不单吸收热量,还会在PP表面上生成固态化合物,该化合物起到阻隔基体与空气接触的作用,从而阻止燃烧。

(3)中断热交换机理该机理指的是阻燃剂在燃烧过程中能够吸收大量的燃烧热,使燃烧反应缺少足够的热量,进而发生自熄现象,达到阻燃效果。

阻燃PP盘点

金属氢氧化物阻燃剂

金属氢氧化物阻燃剂中活性炭具有很大的比表面积,并且官能团丰富,能够很好地与氢氧化钠镁颗粒上的羟基结合,有效地削弱了氢氧化镁表面极性,从而减少其发生团聚的可能,提高了氢氧化钠镁与PP基体的相容性,使得材料的阻燃性能得到增强。

此外通过测试吸油值的变化,可以进一步调整阻燃剂的最佳配比和最佳活化度,最终发现,当PP基体中加入25wt%活性炭改性氢氧化镁阻燃剂时,其极限氧指数达到最大值,为28.9%。

金属氢氧化物阻燃剂,用于改善PP材料的阻燃性,并在此基础上加入聚烯烃弹性体(POE和纳米碳酸钙CaCO3,来提高材料的力学强度。结果表明,改性后的PP复合材料可以同时拥有较强的阻燃性能和较高的力学强度。

硼系阻燃剂

在PP/BN@MGO复合材料中,由于BN@MGO阻燃剂的包覆结构和烷基化改性,其烷基链接枝效率较高,碳元素可富集在填料表面,显著地增强了BN@MGO阻燃剂与PP体之间的亲和力,使之能均匀地分布于PP基体中。

同时改性处理BN@MGO具有曲折路径效应和高热稳定性,使得材料具有较低的热膨胀系数和较高的阻燃性能,而这些特性能够使PP/BN@MGO的复合材料在高效散热电子设备、家用电器和热管理领域具有广阔的应用空间。

硅系阻燃剂

硅系阻燃剂中HNTs-Si能够在高温范围内保持原有的管状结构,并能够与热降解的PP链扭曲形成具有“纤维状”的致密炭层,从而有效地抑制了PP燃烧时的传热、传质和传烟。

并且聚硅氧烷能够降低HNTs-Si表面的极性,而显著增加了HNTs-Si与PP基材之间的相容性,而HNTs-Si和PP基体之间的裂纹桥接效应又可以有效提高PP复合材料的延展性。

磷系阻燃剂

磷系阻燃剂中山梨醇作带有大量的羟基,在燃烧时易形成炭化层,而聚磷酸铵受热时刻分解产生磷酸类化合物,进一步增强山梨醇的炭化作用,炭层的产生则延缓了热量的传播,并隔绝了氧气,提高了材料的阻燃性能。

此外山梨醇作为外壳能够起到良好的分散作用,阻碍了MCAPP颗粒的聚集,而较好的分布可同时提高材料的阻燃性能和力学强度。

氮系阻燃剂

MPP在燃烧时会产生不可燃气体(包括NH3、NO和H2O)和一些含磷物质,而AP在高温下能释放出磷酸铝 Al2(HPO4)3和磷化氢(PH3)气体,这些气体不仅可以稀释空气中的可燃气体,还能在材料表面起到气体屏蔽作用,从而减少燃烧。

此外,这MPP可以将磷-氧反应性自由基挥发到气体中,捕获高活性自由基,从而终止PP的主链断裂。

超分子自组装是一种利用氢键和离子相互作用等非共价键合成具有特定功能、明确结构化合物的方法。

膨胀型阻燃剂

NiCo2O4具有形貌可控、比表面积大、活性位点多、制备方法简便多样等优点,它作为镍基化合物,具有出色的碳催化能力,既减少燃烧产物和提高阻燃性的功能。

这主要归功于Ni+的存在,它能加速PER的热分解并增强聚磷酸铵的炭化,有助于PP/IFR体系形成膨胀炭层,同时双金属氧化物在高温下具有较强的稳定性和强催化能力,能够促进PP/IFR材料形成致密均匀的炭层,并提高炭层和炭渣的热稳定性。

此外花状NiCo2O4具有大量褶皱,与聚合物接触面较大且粗糙,增强了结合力,且花状结构具有较强的稳定性,能避免其在加工过程被损坏,保持结构的完整性。




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