摘要:采用配比合适的酸源、碳源、气源复配的阻燃剂制的高阻燃性的无卤阻燃PP,通过灼热丝GWIT=850℃,并且改性后的产品水溶性有很大的提高。
关键字:灼热丝,阻燃性,酸源,碳源,气源,热稳定性,季戊四醇
聚丙烯(PP)是一种无毒,价格低廉,用途广泛,机械性能优异的高分子聚合物,但是聚丙烯为易燃聚合物,无法满足在家电,电器中要求高阻燃、高灼热丝的要求,利用复配技术得到膨胀型阻燃剂,可以满足阻燃和灼热丝的要求。
膨胀型阻燃剂一般是以P、C、N元素为核心部分的复合阻燃剂,通常由碳源(成炭剂),酸源(脱水剂),气源(膨胀剂)三部分组成。燃烧时各组分间发生化学反应生成多孔膨胀执迷的碳层,该碳层起到了隔热、隔氧、抑制烟雾、防止熔滴的作用,从而达到阻燃目的,膨胀型阻燃剂很早被广泛的用于防火涂料,将该阻燃剂用于塑料中是近20年的事情,由于国内合成技术的发展,克服了阻燃剂耐温低,分子量低,加工性差的缺点,使低烟无卤阻燃PP成为可能,并且成功应用于工业生产。
1.实验部分
1.1原材料
PP:MFR=1.5-3.5g/10min均聚PPT300上海金山石化
PP:MF=7-9g/10min共聚PPSP179齐鲁石化
季戊四醇PER济南泰星化工
IFR:自制阻燃剂
抗氧剂1010雅宝
抗氧剂168雅宝
润滑剂硬脂酸锌
双螺杆挤出机:SHJ-35南京科亚橡塑设备
电子拉力试验机:台湾银驰仪器
注塑机:精力机械80T
简支梁冲击机:承德试验机
熔体流动速率仪:上海彭浦制冷器有限公司
灼热丝指数仪:珠海安规测试设备AG5113A
密度仪:MATSUHAKUGP-300E
1.2材料制备
将T300,SP179,PERIFR等按照比例(配方比例见表一)均匀混合后在双螺杆挤出机按照170,180,180,180,185,185,185,190转速320RPM挤出,上述材料在注塑机中按照一区160,二区170,三区180,喷嘴180下注塑成型,按照ISO标准样条进行力学,热学进行检测,检测数据见表二
表一:
表二:
2.结果讨论与用途
2.1原理:膨胀型阻燃剂在受热时,成炭剂在脱水剂的作用下脱水成碳,碳化物在膨胀剂分解的气体的作用下形成蓬松发孔封闭结构的碳层。该碳层为无定形碳结构,其实质是碳的微晶,一旦形成其本身不燃,并可以阻止聚合物与热源间的热传导,降低聚合物的热解温度。另外,多孔碳层可以阻止气体的扩散,即阻止热解产生的气体扩散,同时阻止外部氧气扩散到未裂解聚合物表面,当燃烧得不到充分的氧气和热能时,燃烧的聚合物便会自熄。碳层形成的过程如下:
1.较低的温度下酸源释放出无机酸
2.在较高于释放酸的温度下发生酯化反应,体系中的胺可以作为酯化反应的催化剂
3.体系在酯化反应过程中融化
4.反应产生水蒸气和由气源产生的不燃性气体使PP材料发泡和温度降低,与此同时由于磷酸的存在使高聚物脱水炭化,形成无机物和炭残留物,且体系进一步膨胀发泡
5.体系进一步固化,温度降低,隔绝空气,反应完成,形成多孔炭层。
2.2结果:复配的IFR为含有酸源和气源的复合阻燃剂,PER:IFR=2:3使体系中酸源、碳源、气源达到最佳比例,形成最佳的阻燃效果。灼热丝检测时,由于测试的温度固定于一个数值,在阻燃体系中能够降低测试样品受热时的表面温度,并且灼热丝探头击穿样品的同时,形成致密的碳层阻止热量的继续传播,是通过GWIT测试的关键。
2.3应用及用途:同溴系阻燃体系相比,此体系具有绿色环保,燃烧时无有毒气体,低烟,低密度的优点,在小家电外壳等产品中可完全替代溴系阻燃产品。
2.4讨论:配方中SP179的加入改善了阻燃体系中阻燃剂对材料韧性的影响,在伸长率和简支梁缺口冲击强度上有所提高,复配的阻燃剂比市售阻燃剂有更好的可加工性和优异的耐温性能,在受热时能够显著降低材料的表面温度,形成致密的碳层。由于无卤膨胀型阻燃剂阻燃机理上的原因,此配方体系不适合含有矿物填料的配方,并且由于合成分子量较低,加工温度比溴系阻燃剂偏低。