无卤无红磷阻燃材料:无机硅阻燃剂浅析

2021-07-20 15:14:37 453

随着人们环保、安全、健康意识的增强,世界各国开始把环保型阻燃材料作为研究开发和应用的重点,并已经取得了一定的成果。但在我国各种阻燃制品的生产总量及其使用仍远远落后于发达国家,尤其在无卤无红磷阻燃体系中开发应用还处于初级阶段,高端阻燃材料依然被国外垄断。但随着阻燃要求日益增长,人们不断寻找并发现新的应用材料。

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无机粉体阻燃剂

无机粉体阻燃剂典型代表:氢氧化镁和氢氧化铝。氢氧化镁和氢氧化铝来源广泛,无毒且廉价,抑烟性好。两者在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放,发生火灾时,在燃烧过程中还能中和其他材料产生的酸性与腐蚀性气体。但氢氧化铝分解温度低,氢氧化镁热分解温度高,在塑料或其他加工生产过程中,添加氢氧化镁合成的材料能承受更高的加工温度,利于加快挤塑速度,缩短模塑时间,同时亦有助于提高阻燃效率。作为填充型阻燃材料,为了提高无机粉体与高分子材料相容性、抗冲击性能,各生产厂家均对无机粉体进行表面活性处理,其目的就是最大限度提高粉体分散性,提高阻燃效果。

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硅系阻燃体系

硅系阻燃剂分为有机硅阻燃剂和无机硅阻燃剂两种。

有机硅阻燃剂是按凝聚相阻燃机理,即通过生成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功效的,高分子材料中添加有机硅阻燃剂后,有机硅阻燃剂多半会迁移到材料表面,形成表面为有机硅阻燃剂富集层的高分子梯度材料,一旦燃烧,就会生成聚硅氧烷特有的、含有Si键和(或)Si-C键的无机隔氧绝热保护层,这既阻止了燃烧分解产物外逸,又抑制了高分子材料的热分解,达到了阻燃、低烟和低毒等目的。

无机硅阻燃剂主要是把具有阻燃性的无机硅元素以单质或化合物的形式添加到被阻燃的基材中,以物理分散状态与高聚物充分混合,在气相或凝聚相通过化学或物理变化起到阻燃作用。由安米微纳团队研发的纳米二氧化硅是一种无机硅系阻燃添加剂,当发生火灾时,纳米SiO2迅速形成Si-O-Si网状结构,该结构具有抗氧化和耐火性,从而提高材料的阻燃性。

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低熔点玻璃粉

低熔点玻璃粉是一种新型功能性无公害阻燃材料,亦称为陶瓷化粉,是由安米微纳团队在无卤无红磷阻燃体系中最新研发成功的陶瓷化阻燃材料。该粉体为细微无毒无害白色粉末,是稳定的白色材料的基材原料。产品最大特点是低温熔融,当温度达到500℃后,产品持续受热开始熔融成液体,形成了具有良好机械性能的陶瓷,从而提高了材料组合物在被动防火应用中的性能,发生火灾时,氧化物与熔融玻璃粉形成陶瓷化,降低烟指数、发烟量、发热量和一氧化碳的产生量,提升氧指数,改善滴落性能等,显著提高材料阻燃性能。

综述,无机粉体氢氧化镁和氢氧化铝在阻燃体系中因不耐高温,材料在高温下易分解,使得其在阻燃材料应用上受限制。硅系阻燃剂具有耐高温、抗氧化、不易燃等优点,但有机硅材料需要引入特殊功能基团,提高其分子量, 才能更好与高分子材料相容。低熔点玻璃粉作为阻燃剂是由安米微纳独创研发的陶瓷化阻燃材料,该材料在发生火灾时,低熔点玻璃粉熔融成陶瓷化,阻止材料进一步燃烧和氧化,从而起到阻燃的作用。这种新材料还具有耐酸耐碱,在高温下不会发生酸碱反应,同时具有超强的抗氧化功能。

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另外,除了上述简析几种无卤无红磷阻燃材料外,还有氮系阻燃剂、硼系阻燃剂等几类新型的无卤无红磷阻燃剂,另有石墨烯阻燃系还待进一步开发应用。


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