聚丙烯(PP)作為五種通用塑料之一，其產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯和聚氯乙烯，其消費(fèi)、醫(yī)藥、家電、食品包裝、建筑等領(lǐng)域。

然而，聚丙烯的缺點(diǎn)之一是其易燃性。燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的17-18%低氧指數(shù)值和大量熔滴容易引起火災(zāi)并迅速蔓延，極大地限制了聚丙烯基材料的廣泛應(yīng)用。因此，聚丙烯阻燃劑的研究在聚丙烯材料的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

你對(duì)聚丙烯阻燃劑了解多少？

聚合物阻燃通常通過(guò)氣相阻燃、凝聚相阻燃和中斷熱交換阻燃來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，燃燒和阻燃是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及許多影響和限制因素，許多阻燃系統(tǒng)通常同時(shí)使用幾種阻燃機(jī)制。

1. 氣相阻燃機(jī)理

阻燃功能主要包括：

（1）阻燃材料在加熱或燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生自由基抑制劑，從而中斷燃燒鏈反應(yīng)。鹵素阻燃劑主要用于阻燃。鹵素化合物的阻燃研究獲得了阻燃效果HI>HBr>HCl>HF。此外，磷還能阻燃?xì)庀?，其阻燃機(jī)制類(lèi)似于鹵素捕獲自由基理論。

（2）阻燃材料在加熱或燃燒過(guò)程中產(chǎn)生細(xì)顆粒，可促進(jìn)自由基結(jié)合，終止鏈燃燒反應(yīng)。例如，在可燃?xì)怏w中混合一定量的惰性顆粒不僅能吸收燃燒熱，降低火焰溫度，還能將大量的高能氫自由基轉(zhuǎn)化為低能氫過(guò)氧基自由基，抑制氣相燃燒。

(3)阻燃材料在加熱或燃燒時(shí)釋放大量惰性氣體或高密度蒸汽，稀釋氧氣和氣體可燃產(chǎn)物，降低可燃?xì)怏w溫度，導(dǎo)致燃燒終止。后者覆蓋可燃?xì)怏w，隔離與空氣的接觸，使燃燒窒息。在燃燒溫度下釋放一些阻燃劑，如聚磷酸銨、硼酸和三聚氰胺NH3、H2O和N2.這些氣體可以稀釋氣相中可燃?xì)怏w的濃度，降低聚合物基底和火焰區(qū)域的溫度，減緩熱裂解反應(yīng)，降低到火災(zāi)極限以下，并發(fā)揮氣相阻燃作用。

2. 凝聚相阻燃機(jī)理

固體物質(zhì)在凝結(jié)相中延遲或中斷可燃?xì)怏w的分解反應(yīng)，以防止燃燒。 它主要以四種方式實(shí)現(xiàn)：

(1) 阻燃劑在固相中延遲或阻止可燃?xì)怏w和自由基的熱分解。

(2) 阻燃材料中比熱容大的無(wú)機(jī)填料不易通過(guò)蓄熱和導(dǎo)熱分解。

(3) 阻燃劑熱分解吸熱，減緩或停止阻燃材料的加熱。氫氧化鋁和氫氧化鎂是目前常用的阻燃劑。

(4) 阻燃材料燃燒時(shí)，在其表面產(chǎn)生多孔碳層，阻燃、隔熱、隔氧，防止可燃?xì)怏w進(jìn)入燃燒氣相，導(dǎo)致燃燒中斷。膨脹阻燃劑按此機(jī)制阻燃。

3. 中斷熱交換阻燃機(jī)理

這意味著帶走聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量，使材料不能保持熱分解溫度，因此不能繼續(xù)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，因此燃燒自熄。例如，當(dāng)阻燃材料被強(qiáng)熱或燃燒時(shí)，熔化材料滴落會(huì)帶走大部分熱量，導(dǎo)致燃燒延遲，較終可能停止燃燒。

常用的聚合物阻燃劑是： 含有N、P、Cl、Br、Al、Mg、Si、B有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等元素。

由于聚丙烯（PP）單體內(nèi)無(wú)活性基團(tuán)，反應(yīng)阻燃劑不適用于聚丙烯。常用的阻燃劑是： 鹵素、磷、無(wú)機(jī)氫氧化物、硅化合物和膨脹阻燃劑。

1. 鹵系阻燃劑

鹵素阻燃劑是世界上較大的有機(jī)阻燃劑之一，添加量少，阻燃效果顯著，溴阻燃劑用量為10wt約%時(shí)，材料氧指數(shù)可達(dá)25%以上。含氯或溴的阻燃劑廣泛應(yīng)用于聚烯烴阻燃劑。

例如，含氯阻燃劑主要包括氯化石蠟、氯化聚乙烯等。十溴二苯乙烷含有溴阻燃劑（DBDPE）、十溴聯(lián)苯醚(DBDPD)、八溴聯(lián)苯醚(OBDPO)、四溴聯(lián)苯醚(TBDPO)、四溴雙酚A(TBA),六溴環(huán)十二烷(HBDC)、乙烷雙(三嗅苯氧)TBA/PC十溴二苯乙烷是應(yīng)用較廣泛的低聚物。十溴二苯乙烷與三氧化二銻的結(jié)合對(duì)聚丙烯阻燃有很好的協(xié)同作用。阻燃劑在分解過(guò)程中產(chǎn)生阻燃劑HBr，因此，阻燃效果好，應(yīng)用廣泛

鹵素阻燃劑也有以下缺點(diǎn)：

(1) 鹵化氫氣體在高溫明火下釋放，并伴有煙霧，易引起窒息；

(2) 鹵素阻燃劑（特別是多溴苯醚）大多能分解產(chǎn)生可提取的有機(jī)化合物，是一種持久的環(huán)境有機(jī)化合物，具有親脂疏水、難降解等特點(diǎn)，能豐富人體，對(duì)人體健康危害極大。

因此，近年來(lái)，歐洲逐漸提出了禁止多溴苯醚的相關(guān)法律法規(guī)，禁止范圍也逐漸擴(kuò)大。到目前為止，歐盟**已經(jīng)發(fā)布了《關(guān)于禁止在電子設(shè)備中使用某些有害物質(zhì)的指令》。在日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的壓力下，鹵素阻燃劑的研發(fā)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

2. 磷系阻燃劑

>>>>有機(jī)磷系阻燃劑

分類(lèi):含磷酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)鹽、氧化磷、磷多元醇和磷氮化合物，但含鹵磷酸酯(含鹵磷酸酯)具有阻燃和增塑的雙重功能PVC大量應(yīng)用)。

機(jī)制：有機(jī)磷阻燃劑在火災(zāi)早期聚合物分解階段發(fā)揮作用。它能促進(jìn)聚合物的脫水和碳化，使聚合物不產(chǎn)生可燃?xì)怏w，形成保護(hù)性炭膜，隔離外部空氣和熱量。

>>>>含磷無(wú)機(jī)阻燃劑

分類(lèi)：主要產(chǎn)品有紅磷、磷酸銨、聚磷酸銨(APP)，磷酸氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨等磷酸鹽。

其他:隨著無(wú)鹵阻燃劑材料用量的增加，含磷無(wú)機(jī)阻燃劑的用量也在增加，紅磷和鹵阻燃劑的使用可以提高阻燃效率。聚磷酸銨(APP)熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度250℃分解釋放氨和水，產(chǎn)生磷酸。

3. 無(wú)機(jī)阻燃劑

機(jī)制：無(wú)機(jī)阻燃劑的阻燃作用主要是通過(guò)儲(chǔ)存和導(dǎo)熱材料達(dá)不到分解溫度或通過(guò)阻燃劑分解吸熱，減緩或終止阻燃材料的溫升。

優(yōu)點(diǎn)：具有熱穩(wěn)定性好、阻燃、無(wú)毒、無(wú)揮發(fā)、無(wú)腐蝕性氣體、煙量小、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)

分類(lèi)：是低鹵阻燃系統(tǒng)的主要原料，主要包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、滑石等。氫氧化鎂和氫氧化鋁被廣泛使用，但由于熱解溫度不同，水量不同，阻燃效果不同。

4. 含硅阻燃劑

硅阻燃劑是一種新型的無(wú)鹵阻燃劑，是一種碳抑煙劑，不僅能提高聚合物的加工性能，還能提高聚合物的機(jī)械強(qiáng)度。

優(yōu)點(diǎn)：硅阻燃劑高效、無(wú)毒、低煙、無(wú)熔滴、無(wú)污染。

分類(lèi)：根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)，可分為無(wú)機(jī)硅阻燃劑和有機(jī)硅阻燃劑。

>>>>硅阻燃劑

一般指多孔硅酸鹽阻燃劑和層狀硅酸鹽阻燃劑。

>>>>硅酮阻燃劑

阻燃機(jī)理：聚合物材料燃燒時(shí)，有機(jī)硅產(chǎn)生碳化硅，防止揮發(fā)物逃逸，隔離氧氣與樹(shù)脂接觸，防止熔體滴落，達(dá)到阻燃目的。

硅油、硅樹(shù)脂、硅橡膠、硅烷醇酞胺等主要有機(jī)硅阻燃劑。

5. 膨脹阻燃劑

膨脹阻燃劑(IFR)以碳、氮、磷為主要成分的阻燃劑一般由三部分組成：

(1) 碳源(或碳化合物):淀粉、糊精、季戊四醇、雙季戊四醇、山梨醇、木質(zhì)素、聚酰胺、酚醛樹(shù)脂等富碳多羥基物質(zhì)。

(2) 酸源(或脫水劑):多為無(wú)機(jī)酸或高溫酸鹽，如酸、硼酸、硫酸、硫酸銨、磷酸銨、聚磷酸銨、聚磷酸鹽、三聚氰胺磷酸鹽等。

(3) 氣源(或發(fā)泡劑)：多為含氮、碳的化合物，如脲醛樹(shù)脂、尿素、聚酰胺、雙氰胺、三聚氰胺等。

常見(jiàn)的膨脹阻燃劑系統(tǒng)包括：

(1) 磷-氮單質(zhì)膨脹阻燃劑(集酸源、碳源、氣源于一體IFR)；

(2) 混合膨脹阻燃劑(復(fù)合氣源、碳源、酸源按一定比例)；

(3) 聚磷酸銨(APP)膨脹阻燃系統(tǒng)；

(4) 雙氰胺、胍及脲及其鹽。