磷-氮系阻燃劑對PP改性的研究

趙獻峰

（陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西太原 030400）

磷-氮系阻燃劑對PP改性的研究

趙獻峰

（陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西太原 030400）

近年來，隨著現代社會對環保要求的不斷提高，發展無鹵、高效、低煙、無毒的聚合物阻燃劑已成為研究的重點。本文將表面改性的新型無鹵阻燃劑應用于聚丙烯（PP）中，研究膨脹阻燃作用對PP的阻燃性、熱性能的影響，最終初步了解其阻燃效果。

無鹵阻燃劑；聚丙烯

1 研究的目的和意義

聚丙烯（pp）是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂，具有生產成本低、綜合力學性能好、無毒、質輕、耐腐蝕、電性能好、易加工、易回收等優點，被廣泛用于包裝、建材、汽車、電子電氣、辦公用品等行業。由于PP屬易燃材料，其氧指數（LOI）只有17.4～18.5，使其應用受到了很大程度的限制。

目前，阻燃PP主要用添加型阻燃劑，且大多為鹵系阻燃劑，其燃燒或熱裂解形成有毒化合物、腐蝕性氣體和煙塵，不能滿足環境保護方面要求。而磷-氮系混合型IFR中結合磷、氮等具有膨脹阻燃效果的組分，是一種單分子膨脹型阻燃劑，應用于PP中，研究膨脹阻燃作用對PP的阻燃性、熱性能的影響，檢驗其阻燃效果。

2 實驗過程

由于PP與P-N系阻燃劑的親和性差，于是選用KH-560偶聯劑對磷-氮系阻燃劑進行表面改性，以提高兩者的親和性。改性的P-N系阻燃劑和PP在高速攪拌機中充分混合，在塑料注射成型機注塑。

3 結果與討論

3.1 燃燒現象及極限氧指數（LOI）

將阻燃劑含量不同的PP試樣同時點燃，PP燃燒有熔滴現象并且燃燒穩定，生成黑煙；含有8%阻燃劑的PP燃燒幾乎沒有熔滴現象，很快有大量炭層產生，燃燒很快結束，沒有黑煙產生，熔滴也難形成。

PP試樣的極限氧指數隨著P-N系阻燃劑含量的增加，LOI值上升。阻燃劑含量大于8%，LOI值大于23%。

3.2 力學性能分析

試樣中隨著P-N系阻燃劑含量增加，拉伸的長度有所增加，最大應力和屈服力略有減少。

在簡支梁缺口沖擊強度試驗中發現，純PP沖擊強度為7.051 kJ/m2，而含有10%阻燃劑的PP的沖擊強度為13.99 kJ/ m2。說明P-N系阻燃劑的加入使PP的力學性能加強。

3.3 熱重分析

無鹵阻燃PP在受熱燃燒過程中通常會發生碳化，燃燒殘留量增加，起到阻燃效果。熱失重行為（TGA）分析發現，純PP在250℃開始降解，450℃左右已差不多降解完全；經過阻燃改性的PP在400℃左右開始降解，450℃仍存在10%左右的穩定物質。說明改性后的PP熱穩定性能有所提高，耐燃性增強。

對比圖1中4條曲線可知，PP并沒有與P-N系阻燃劑發生化學反應，而是將P-N系阻燃劑通過偶聯劑KH-560添加到PP表面上，沒有改變化學成分，起到阻燃改性的作用。3.4 紅外譜圖分析

圖1 熱失重曲線

圖2 紅外譜圖

4 結論

通過用P-N系阻燃劑對PP改性，采用相關分析對改性的PP進行表征，發現改性的PP樹脂具有有效的阻燃性能，基本滿足阻燃性能要求。結論如下：

1）阻燃改性的PP樹脂其拉伸強度和缺口沖擊強度均優于PP樹脂，說明改性并沒有減弱其力學性能。

2）P-N IFR阻燃作用于PP樹脂的阻燃過程表明：P-N系膨脹型阻燃劑在點燃時開始分解釋放出不燃氣體用于炭層的蓬松和稀釋隔絕氧氣，并與PP樹脂發生化學作用在表面形成蜂窩狀的炭層隔熱層，增加阻燃效果。同時，P-N IFR中的磷酸酯基團也可能在高溫下發生交聯生成新的多聚磷酸類物質存在于炭層中也起到阻燃的作用。這樣就從可燃氣體、氧化過程和隔絕熱量三個方面增強了阻燃的效果。

Phosphorus-Nitrogen-Based Flame Retardant for PP Modified

Zhao Xian-feng

In recent years，as modern society continues to improve environmental protection requirements，development of halogen-free，highly efficient，low smoke，non-toxic polymer flame retardant has become the focus of the study.This article new halogen-free flame retardants used in surface-modified polypropylene（PP），the researchers expanded flame retardant on flame retardancy，thermal properties of PP and，ultimately，a preliminary understanding of its flame-retardant effect.

halogen flame retardant；PP

TS195.592

B

1003–6490（2016）04–0161–01

2016–04–20

趙獻峰（1984—），男，山西陽泉人，助理工程師，主要研究方向為聚合工藝及改性。