阻燃性有機硅高分子材料的研究進展

王　剛

（廣東聯塑科技實業有限公司,廣東　佛山　528318）

阻燃性有機硅高分子材料的研究進展

王剛

（廣東聯塑科技實業有限公司,廣東佛山528318）

摘要：隨著高分子材料的發展，阻燃劑以及阻燃材料的研制和應用也快速發展。因為材料性能以及環保方面的要求日益嚴格，所以傳統上很多阻燃劑已經無法滿足應用要求，這就要求開發環保、低毒的阻燃劑。有機硅高分子材料阻燃劑有著優異的性能以及環保性，因此應用潛力巨大。本文首先簡要介紹阻燃劑尤其是有機阻燃劑，然后介紹有機硅阻燃劑的合成以及國內外的研究進展。

關鍵詞：有機硅；高分子材料；阻燃性；研究

有機硅高分子材料以7.8鍵為主鏈，同時側基為乙烯基、甲基以及苯基等有機基團，因為其特殊的結構而決定其出眾的介電性、熱穩定性以及生理惰性，在汽車制造、宇航以及醫療用品領域有著廣泛的應用。這些領域的應有都要求有機硅高分子材料具備優異的阻燃性，所以研究具備阻燃性有機硅高分子材料有著重要的意義。

1　有機阻燃劑概述

阻燃劑主要是用來提高材料的抗燃性，從而避免材料被引燃并且要抑制火焰的傳播。阻燃劑成為高分子材料發展的重要動力之一，使用量僅次于增塑劑。阻燃劑根據不同類型的化合物分成有機阻燃劑、無機阻燃劑以及有機-無機混合阻燃劑這幾種類型。其中無機阻燃劑應用最為廣泛，需求量占到阻燃劑總量的50％以上。理想阻燃劑需要有著阻燃效果好以及添加量少的優點，同時要無煙無毒從而避免環境污染，并且對其他材料的性能影響小，有著良好的加工性能好，熱穩定性高并且價格便宜等特帶你。阻燃劑的這些要求，決定著阻燃劑以及阻燃技術的發展放心。有機阻燃劑有著添加量少以及基材相容性好的優點，同時對阻燃制品性能的影響也更小，不過現有的有機阻燃劑在燃燒時發煙量大同時揮發性大，熱穩定性以及水解穩定性都比較差。目前研究的有機阻燃劑有氮系阻燃劑、鹵系阻燃劑、有機磷阻燃劑以及硅系阻燃劑等。

2　有機硅阻燃劑的合成

有機硅高分子材料近年來開發出來的新型高效環保的無鹵阻燃劑，作為成炭型的抑煙劑，能夠賦予高聚物在阻燃以及抑煙的過程中，還可以改善材料的機械強度以及加工性能。作用機理主要是硅氧烷燃燒過程中能夠生成硅，進而碳阻隔層能夠隔絕樹脂與氧氣的接觸，避免熔體滴落，因此實現阻燃效果。有機硅阻燃劑有著熱穩定性良好的特點，這是由分子主鏈的-Si-O-鍵所決定。有機硅閃點絕大多數都高于300℃，所有具有難燃性。較為常見的有硅油、硅樹脂、硅橡膠以及聚硅氧烷等。目前市場應用的有機硅阻燃劑打斗是美國通用電器提供的SFR-100，是一種黏稠透明的硅酮聚合物，能夠與各種協同劑例如多磷酸胺等并用，已經使用在聚烯烴阻燃，低用量可以滿足阻燃要求，高用量能夠賦予基材有意的抑煙性以及阻燃性。研究人員通過研究有機硅高分子材料的阻燃性，發現在PU彈性體當中加入粉末狀環氧以及硅氧烷，只需要加入5％，就能夠使HRR降低到80％，液態的硅氧烷則能夠降低HRR到50％。通過分析阻燃PP，還能夠發現有機硅的復合物對PP有著明顯的阻燃以及減少熔滴效果。

3　有機硅阻燃劑的國內外研究進展

（1）國外研究進展。1981年坎貝爾等人發表關于聚碳酸酯與聚二甲基硅氧烷（PDMS）的共混，能夠提高PC阻燃性的報告。不過PSMS自身阻燃效果不夠理想，為了改善阻燃性能，需要在其結構當中加入反應性官能團，例如端羥基、氨基以及環氧基等，如下圖所示。

帶端羥基、氨基以及環氧基的聚硅氧烷示意圖

1983年，GE公司采用1-40wt％的硅膠或者線性硅油，1-20wt％的有機化合物例如硬脂酸鎂和1-20wt％的有機硅樹脂制備熱塑性塑料使用的有機硅阻燃劑，能夠廣泛應用于熱塑性塑料。1985年，GE公司繼續開發用于尼龍樹脂的有機硅阻燃劑，通過添加10-50wt％，能夠達到理想的阻燃效果。1990年，GE公司通過二羥基苯酚與羥基芳香酯硅氧烷進行光氣化反應制備出有機硅-聚碳酸酯共聚物，用來做阻燃絕緣層，同時與2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流動性以及阻燃性方面性能良好。日本的三菱瓦斯化學公司在羥苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有機硅阻燃劑領域進行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷鏈段的一系列阻燃劑，有著良好的耐熱性、阻燃性、透明性以及低溫沖擊強度。日本NEC公司研發商品化的硅酮系阻燃劑“XC-99-B56-54，是一種帶有芳香基同時含有支鏈結構的聚硅氧烷，突出特點是對分子結構當中的苯基含量以及功能端基反應性科學設計，從而達到最理想的水平。比聚甲基硅氧烷有著更好的分散性，對PC／ABS、PC合金具較高的阻燃性。

（2）國內研究進展。我國科研機構也在有機硅高分子材料的阻燃性方面進行了大量工作。歐育湘等人對有機硅阻燃劑SFR-100性能和PE應用的效果展開了詳細的研究，SFR-100是非鹵成炭型的阻燃劑，一方面賦予聚烯烴良好的阻燃抑煙性，另一方面也改善材料加工性能，同時提高材料機械強度。華東理工大學的劉述梅以及王瑜潤等合成苯基含量高的硅樹脂阻燃劑，實驗表明如果硅樹脂中的苯基含量在80％～90％之間時，阻燃效果最優并且對機械性能的影響也最低。哈工大的黃玉東以及孫舉濤等人用苯基氯硅烷以及甲基為單體合成耐高溫的有機硅樹脂，不過在空氣氣氛之下，因為有機基團出現氧化分解而導致硅樹脂阻燃性有一定程度的下降。浙江大學的楊輝以及周文君等人通過水解縮合法制備有機硅樹脂阻燃劑，在800℃以及N2氣氛之下，熱失重控制在38％之下，熱穩定性優異，通過往PC添加5％（質量分數）之后，氧指數從25％進一步提高到35％。

4　結語

總而言之，有機硅高分子材料有著性能優異以及環保的優點，符合目前阻燃劑發展的趨勢，一方面能夠提高阻燃效果，同時還能夠改善材料的加工性能以及機械性能。有機硅高分子材料阻燃劑的各方面發展處于起步階段，簡化其合成工藝從而降低成本是有機硅阻燃劑繼續發展的關鍵內容。

參考文獻：

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