無鹵阻燃改性PP、EVA、TPE的阻燃機理及配方中常見的問題簡析

發布時間：2020-11-26 11-26 10:29 作者：

前言：

    目前無鹵阻燃改性PP、EVA、TPE等材料所用的無鹵阻燃劑大多數是磷氮體系膨脹型阻燃劑。P-N體系膨脹型阻燃劑的阻燃機理基本類似，但是不同的酸源，不同的氣源，以及不同的炭源，對材料的阻燃性能及其他物性影響也比較大。下面就簡單介紹一下P-N體系膨脹型阻燃劑的阻燃機理及常見問題。

一、P-N體系膨脹型阻燃劑的阻燃機理一般包括三部分：

炭源（成炭劑），提供酯化反應所需的羥基或者其它基團的物質(常為多羥基化合物，如季戊四醇)；

酸源（脫水劑），提供酯化反應所需的酸(常為含磷化合物，如二乙基次膦酸鋁ADP)；

及氣源（發泡劑），提供體系膨脹發泡所需要的氣體(常為含氮化合物，如三聚氰胺及其鹽)。

二、它們是通過下述相互作用而形成炭層的：

1、在較低溫度下(150℃左右,具體溫度取決于酸源和其他組分的性質)，酸源會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(即碳源)進行酯化反應，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汽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。

    

 圖1：P-N體系阻燃劑在TPE中的阻燃機理

三、為什么某些P-N體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。次磷酸鋁及聚磷酸胺APP類比較容易發生水溶現象，而二乙基次膦酸鋁則不會出現上述條子粘水現象。

四、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，其內部烯烴含量不同。這是因為共聚PP里面有PE側鏈，PP中的H原子比PE中的活性大；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度之間，而PE在335-450度之間，常用的阻燃劑分解溫度在260度，PP與阻燃劑匹配性更好。

  五、P-N體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阻燃的效果。

六、P-N體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體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炭層的形成，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。

  七、為什么一些用P-N體系阻燃劑生產的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，造成有物質析出肯定是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。而二乙基次膦酸鋁含有有機基團，與有機樹脂相容性很好，不會發生析出。

  圖2：阻燃劑析出和鼓泡現象

  八、為什么某些P-N體系阻燃劑在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。

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