膨脹型阻燃劑(IFR)由于其阻燃效率高、低煙、無毒、無腐蝕氣體釋放等特點,被認(rèn)為是當(dāng)今無鹵阻燃材料的發(fā)展方向之一。但由于膨脹型阻燃劑與聚丙烯相容性差、吸潮、易析出等原因,目前,膨脹型阻燃劑表面改性、不同阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)、開發(fā)新型膨脹型阻燃劑已成為膨脹型阻燃技術(shù)主要發(fā)展趨勢。

1.阻燃機理

IFR一般是以磷、氮、碳元素為主要成分的新型復(fù)合阻燃劑。通常由三部分組成——成炭劑(碳源)，脫水劑(酸源)和膨脹劑(氣源)。在常規(guī)的IFR復(fù)合阻燃劑中，通常作為酸源的是聚磷酸銨(APP)，作為碳源的是季戊四醇(PER)，作為氣源的是三聚氰胺(MA)，其發(fā)揮阻燃的作用機理為：當(dāng)溫度升高時，IFR中的碳源在酸源的作用下，發(fā)生酯化反應(yīng)，產(chǎn)物為酯類化合物;其后，發(fā)生脫水交聯(lián)反應(yīng)，酯類化合物形成炭化物，同時氣源分解產(chǎn)生的氣體作用于這些炭化物，使其形成封閉、多孔、蓬松的發(fā)泡結(jié)構(gòu)炭層，該炭層實質(zhì)是碳的微晶，為無定型碳結(jié)構(gòu)，不能燃燒，并且可起到隔斷聚丙烯阻燃材料與熱源間發(fā)生熱傳導(dǎo)的作用，使得聚阻燃丙烯的熱降解溫度得到提高。此外，封閉的發(fā)泡炭層能夠阻礙氣體發(fā)生擴(kuò)散，亦即阻止熱分解生成的可燃性氣體發(fā)生擴(kuò)散，同時阻隔外界氧氣流通到未裂解的阻燃聚丙烯材料表面，由于燃燒得不到充足的氧氣和熱能，正在燃燒的阻燃聚丙烯材料就會自熄。

2.常用配方

通過調(diào)節(jié)碳源、酸源、氣源這三種組分的配比，可合成阻燃效果不同的復(fù)合型IFR。傳統(tǒng)的復(fù)合型IFR配方是以3/1/1的質(zhì)量比來分別混合復(fù)配酸源、碳源、氣源，由此得到的IFR具有較好的阻燃效果。目前，主要由多羥基化合物和含碳豐富的聚合物作為碳源，前者主要有如季戊四醇、甘露醇或山梨醇等，后者則包括熱塑性聚氨酯和PA6以及淀粉等。三嗪高分子及其衍生物，由于含有穩(wěn)定的三嗪環(huán)，其本身具有易成炭的性能，已成為新型的成炭劑，近年來也開始備受關(guān)注。聚磷酸銨、硼酸鋅和磷酸銨鎂是非常常見的酸源物質(zhì)。三聚氰胺、雙氰胺甲醛樹脂、硼酸胺、雙氰胺、聚磷酸銨、氯化石蠟等則是常用的氣源物質(zhì)。

單組分的IFR集碳源、酸源和氣源于同一組分當(dāng)中，其優(yōu)點是不僅可以有效地減少PP中IFR的添加量，同時改良材料的吸水性，而且具有良好的熱穩(wěn)定性，此外，還可通過與聚丙烯基體材料的單體進(jìn)行接枝共聚，這樣就能有效地改良IFR與聚丙烯基體之間兼容性差的問題，但單組分IFR阻燃效率相對較低。目前，國內(nèi)外單組分IFR實現(xiàn)商品化的品種較少，首先被應(yīng)用于聚烯烴阻燃的單組分IFR是1-氧基磷雜-4-羥甲基-2,6,7-三氧雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(PEPA)的磷酸酯，從此之后，這類化合物作為IFR阻燃劑在聚烯烴中的應(yīng)用和研發(fā)引起了阻燃界高度重視。季戊四醇雙磷酸酯密胺鹽(PDM)是季戊四醇系列單組分IFR的代表，是較典型的“三位一體”IFR阻燃劑，也是國外已商品化的單組分IFR產(chǎn)品，其阻燃性能良好、有較好的熱穩(wěn)定性以及耐光老化性能。

為了進(jìn)一步提高IFR的阻燃效率，通常采用沸石、傳統(tǒng)的金屬化合物、金屬螯合物、天然黏土以及稀土氧化物等作為IFR體系的協(xié)同阻燃助劑。此外，蒙脫土、水滑石、單壁碳納米管或多壁碳納米管等納米顆粒，也被添加到聚丙烯基體中，與IFR共同作用以提高其阻燃效果?？傊?，添加適量的協(xié)效助劑，與IFR共同協(xié)效阻燃，可明顯地改良聚丙烯的阻燃性能，抑制聚丙烯在燃燒過程中釋放熱量，減緩放熱率，同時降低燃燒時發(fā)生的熱失重效應(yīng)導(dǎo)致的質(zhì)量損失，提高聚丙烯的熱穩(wěn)定性和增加燃燒后的剩炭量。

針對IFR的熱穩(wěn)定性差、易吸潮、與聚丙烯相容性差以及阻燃效率不夠高等問題，近年來出現(xiàn)納米化、表面改性、微膠囊化等新型處理技術(shù)對IFR進(jìn)行性能改進(jìn)處理。

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