紅磷阻燃尼龍的研究進展

摘 要：文章介紹了紅磷阻燃尼龍的阻燃機理以及近年來紅磷阻燃尼龍的阻燃性能改進方法，包括紅磷微膠囊化改性，紅磷阻燃母粒，以及阻燃協(xié)效劑來提高阻燃性能。

關(guān)鍵詞：紅磷；尼龍；阻燃

前言

隨著電子電器和汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，聚合物材料因其生產(chǎn)技術(shù)成熟，成本相對較低，也越來越廣泛的應(yīng)用于這些行業(yè)中。但是，大部分聚合物材料屬于容易燃燒的材料，在使用過程中容易帶來火災(zāi)隱患。因此，對聚合物材料的阻燃性能進行改進具有十分重要的意義。尼龍是目前世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的工程塑料，許多種類的電器和汽車的外殼或者其他零部件都需要用到尼龍材料。尼龍是一種阻燃級別為UL94 V-2的可自熄的聚合材料，滿足一些普通場合的阻燃需要，但是，在一些特殊場合，例如高溫下，往往需要更高阻燃級別的尼龍材料。并且，目前通常使用玻璃纖維對尼龍材料進行增強，玻璃纖維在尼龍樹脂中相當于“燭芯”，更加容易引發(fā)尼龍的持續(xù)燃燒。因此，為進一步提高尼龍的阻燃性能，學者們進行了較為廣泛而深入的研究。

1 紅磷阻燃機理

紅磷阻燃尼龍是目前市場上應(yīng)用最廣泛的尼龍阻燃材料，目前，許多工藝成熟的大型家用電器的外殼都使用紅磷尼龍。歐育湘[1]解釋了紅磷阻燃機理：紅磷在高溫（通常為400-450℃）下，解聚形成白磷，白磷在水汽存在下，被氧化為既可覆蓋于被阻燃材料表面，又可加速脫水炭化的含氧酸。含氧酸主要作用是形成液膜和炭層，使被阻燃材料的表面與高溫來源隔離，從而起到阻燃作用。通常來說，在一定范圍內(nèi)，紅磷阻燃尼龍中，紅磷含量越高，材料的氧指數(shù)越高。但是紅磷阻燃尼龍存在穩(wěn)定性不夠、燃燒易產(chǎn)生有毒氣體、產(chǎn)品帶色的問題。因此，對紅磷阻燃尼龍的改進成為研究熱點。

2 紅磷阻燃性能的改進

2.1 微膠囊化

微膠囊化使用一種高分子物質(zhì)（即囊材）將另一種物質(zhì)（即芯材）包覆上一層具有一定強度的連續(xù)緊密的薄膜，以滿足特殊需要。將紅磷進行微膠囊化，可以使紅磷和外界隔絕開來，克服紅磷在作為阻燃劑使用是所產(chǎn)生的問題。微膠囊化紅磷阻燃劑又稱高效包覆紅磷阻燃劑，簡稱CRP，是一種紫紅色粉末。CRP是一種較難吸濕的材料，與樹脂和橡膠混合性好，電氣性能優(yōu)良。

王愛民等[2]將一定量的水、紅磷、硫酸鋁和絮凝劑制備成淺灰色微膠囊紅磷粉末，然后將尼龍66、微膠囊紅磷和玻纖混合制成注塑樣條。王愛民等發(fā)現(xiàn)，囊材增厚可改善微膠囊紅磷的吸濕性，延長紅磷的貯存時間，并且囊材與紅磷有良好的阻燃協(xié)同作用，當兩者共用時，可降低紅磷用量，從而降低材料成本。此外，在玻纖增強的尼龍66中加入微膠囊包覆紅磷后，材料的力學性能有不同程度的提高，而單獨使用紅磷則不會有提高力學性能的效果，這表明微膠囊包覆紅磷比紅磷與尼龍樹脂的力學相容性好。

劉典典等[3]使用PA46、微膠囊化的紅磷母粒（MRP）、聚苯醚（PPE）樹脂、相容劑和助劑，經(jīng)過擠出注塑后獲得阻燃玻纖增強PA 46。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，PPE可作為成炭劑替代部分MRP，但當MRP的含量過低時，酸源不足，不能使體系阻燃性能達到V-0級。劉典典等還發(fā)現(xiàn)，將聚苯醚與MRP以同等質(zhì)量添加時，MRP用量較少也能得到較好的阻燃效果。

2.2 阻燃母粒

阻燃母粒是阻燃劑借助分散劑等助劑，并以一定濃度（一般為40%-70%）均勻分布于載體樹脂中的阻燃劑濃縮物。紅磷阻燃母粒不僅能提高紅磷穩(wěn)定性，還能提高紅磷在尼龍基體樹脂中的分散性能。

石建江等[4]以紅磷阻燃母粒為主阻燃劑，將紅磷阻燃母粒或其它阻燃劑與玻璃纖維（質(zhì)量分數(shù)為15%）、PA66、增容劑及其它助劑的混合物在260-275℃下經(jīng)雙螺桿擠出造粒，然后將粒料注塑成標準樣條。石建江等比較了紅磷阻燃母粒、溴系阻燃體系、氫氧化鎂、氫氧化鋁對玻纖增強PA66的阻燃效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅磷阻燃母粒的阻燃效果僅次于溴系阻燃體系，但在燃燒時產(chǎn)生的煙霧和熔滴物比溴系阻燃體系大為減少。石建江等還發(fā)現(xiàn)，紅磷阻燃母粒的用量為達到 21份時， 材料的氧指數(shù)達到最大值。

2.3 阻燃協(xié)效劑

阻燃協(xié)效劑通常是指與阻燃劑并用時，能大大提高阻燃劑的阻燃效果的一類化合物。紅磷大多使用氫氧化鋁、氫氧化鎂作為阻燃協(xié)效劑。

陳妍等[5]將干燥過的PA66與納米改性氫氧化鋁（CG-ATH）及包覆紅磷按照一定比例混合后，經(jīng)擠出、注塑獲得標準測試樣條。陳妍等發(fā)現(xiàn)，在單獨使用納米CG-ATH時，PA66體系的氧指數(shù)隨著納米CG-ATH 增加而提高，而包覆紅磷與納米CG-ATH對于PA66而言是一種阻燃效果較好的協(xié)效阻燃體系。陳妍等還研究了PA66、包覆紅磷、納米CG-ATH的最優(yōu)質(zhì)量配比，并發(fā)現(xiàn)，當三者質(zhì)量比為100∶13∶20 時，所得到的PA66復合材料氧指數(shù)可達33，是一種阻燃和力學性能都較優(yōu)良的材料。

伍玉嬌等[6]研究了PP/PA6合金的阻燃性能，在100份PP/PA6/PP-g-MAH組成的樹脂基體中加入15份包覆紅磷，并加入不同含量的Mg（OH）2來研究包覆紅磷與Mg（OH）2的協(xié)效阻燃體系對PP/PA6合金性能的影響。伍玉嬌等發(fā)現(xiàn)，Mg（OH）2和包覆紅磷能夠提高PP/PA6 復合材料的熱穩(wěn)定性，促進碳化層的生成，降低復合材料的燃燒和熱裂解速度，但是，當其用量過大時，會降低復合材料的力學性能。考慮材料的阻燃性能和其他綜合性能，以包覆紅磷為15份，Mg（OH）2為20-30份最佳。

3 結(jié)束語

對紅磷阻燃尼龍的改進主要包括對紅磷微膠囊化改性，將紅磷制成阻燃母粒，以及使用阻燃協(xié)效劑提高紅磷的阻燃性能。通過這些改性手段，能夠進一步提高紅磷尼龍的阻燃性能，對于紅磷尼龍的工業(yè)應(yīng)用具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]歐育湘.阻燃劑[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009：53-54.

[2]王愛民，劉云飛，羅道友，等.微紅磷阻燃劑的制備及其在玻纖增強尼龍66中的應(yīng)用[J].塑料，2004，33（6）：37-40.

[3]劉典典，冉進成，賴學軍，等.聚苯醚與紅磷母粒無鹵阻燃玻纖增強PA46的研究[J].塑料工業(yè)，2013，41（7）：91-94.

[4]石建江，陳憲宏，肖鵬.阻燃玻纖增強尼龍66的研制及其應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用，2006，34（1）：35-37.

[5]陳妍，張鵬遠，段國萍，等.納米改性氫氧化鋁與包覆紅磷協(xié)效阻燃尼龍66的研究[J].北京化工大學學報，2004，31（5）：18-21.

[6]伍玉嬌，肖賢彬，駱丁勝，等.Mg（OH）2與包覆紅磷協(xié)效阻燃PP/PA6復合材料的研究[J].塑料，2009，38（1）：58-61.

作者簡介：謝愷君，女，碩士研究生，主要從事高分子材料的研究和應(yīng)用。