聚丙烯塑料膨脹型阻燃改性研究進(jìn)展

劉春磊

摘 要：文章介紹了近年來聚丙烯塑料膨脹型阻燃劑改性研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了混合膨脹型阻燃劑、單組份膨脹型阻燃劑和改性膨脹型阻燃劑的研究現(xiàn)狀，并展望了膨脹型阻燃改性技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；膨脹型阻燃劑；改性

引言

聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂，是五大通用的塑料之一，具有良好的綜合性能，耐熱性好，耐腐蝕，電器性能優(yōu)異而被廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)、電子產(chǎn)品、家用電器、工業(yè)建設(shè)等領(lǐng)域，發(fā)展速度居通用塑料之首[1]。然而聚丙烯的極限氧指數(shù)（LOI）只有17.5左右，屬于易燃物質(zhì)，而且燃燒過程中伴隨著熔融、滴落等現(xiàn)象，導(dǎo)致大量煙霧的產(chǎn)生，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤郾┮兹嫉娜秉c(diǎn)極大地限制了其應(yīng)用[2]。因此，能夠賦予聚丙烯塑料阻燃性能對于聚丙烯塑料的應(yīng)用具有重要的意義。

膨脹型阻燃劑（IFR）是一種綠色環(huán)保的阻燃劑，不含鹵素，不采用氧化銻為協(xié)同劑，體系具有自身協(xié)同作用，含膨脹型阻燃劑的塑料在燃燒時表面會生成炭質(zhì)泡沫層，具有隔熱、隔氧、抑煙、防滴的作用，具有優(yōu)良的阻燃性能，且低煙、低毒、無腐蝕性氣體產(chǎn)生，符合保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求，已經(jīng)成為國內(nèi)外最為活躍的阻燃劑研究領(lǐng)域。

1 膨脹阻燃劑（IFR）的阻燃機(jī)理

膨脹阻燃劑有三個基本元素，即氣源、炭源和酸源，酸源也稱為脫水劑或碳化促進(jìn)劑，酸源須能夠使含碳多元醇脫水，酸源釋放酸須在較低溫度進(jìn)行，炭源是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ)，炭源的有效性與碳含量及活性羥基的數(shù)量有關(guān)，氣源是發(fā)泡源，發(fā)泡劑必須在適當(dāng)?shù)臏囟确纸猓⑨尫懦龃罅康臍怏w。膨脹型阻燃劑受熱時，炭化劑在酸源的催化作用下脫水成炭，碳化物在氣源膨脹劑分解的氣體的作用下，形成膨松有閉孔結(jié)構(gòu)的炭層。這種炭層，本身不燃燒，同時還能夠削弱聚合物與熱源之間的熱傳遞，還能夠阻燃?xì)怏w擴(kuò)散，一旦燃燒得不到足夠的氧氣或者燃料，燃燒的聚合物就會熄滅。

2 膨脹阻燃劑的類型的概述

2.1 混合膨脹型阻燃劑

混合膨脹型阻燃劑中常用的酸源為多聚磷酸銨、磷酸二氫銨等，氣源為三聚氰銨、尿素等，炭源為季戊四醇及衍生物、淀粉酚醛樹脂等，其中混合膨脹型阻燃劑的研究主要集中在三聚氰胺/季戊四醇/多聚磷酸銨阻燃體系，但是由于多聚磷酸銨和季戊四醇的熱穩(wěn)定性不足，季戊四醇的水溶性強(qiáng)，多聚磷酸銨吸濕性較強(qiáng)，制備的阻燃聚丙烯塑料防潮性能差，直接將三聚氰胺、多聚磷酸銨和季戊四醇混合制備混合膨脹型阻燃體系，不能滿足聚丙烯塑料的加工性能、化學(xué)穩(wěn)定性或者使用性能的要求。因此，研究者對混合氮-磷類膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料進(jìn)行了較多的改性研究。

為了改進(jìn)聚丙烯膨脹阻燃復(fù)合材料的防潮性能，蘆[3]等研究了（乙烯/乙酸乙烯酯）共聚物（E/VAC）對膨脹型阻燃劑進(jìn)行包覆微膠囊化，即提高了IFR阻燃聚丙烯的防潮性，又改善了IFR與聚丙烯的相容性。Wu等[4]的方法制備了以淀粉三聚氰胺甲醛樹脂為殼，以多聚磷酸銨為核的核/殼結(jié)構(gòu)的膨脹阻燃劑，提高了聚丙烯塑料的阻燃性能和防潮性能。

2.2 單組分膨脹型阻燃劑

單組分膨脹型阻燃劑是采用分子設(shè)計(jì)的原理，含有膨脹阻燃劑三個基本元素的小分子通過分子設(shè)計(jì)合成含有三種組分的大分子，這種阻燃劑集氣源、碳源和酸源于同一分子內(nèi)，能夠顯著提高塑料的阻燃效果，改善了膨脹型阻燃劑與聚丙烯的相容性問題。

周箭等[5]合成了一種單組份的IFR阻燃劑b-MAP，b-MAP為2，4，8，10-四氧-3，9-二磷螺環(huán)[5，5]十一烷-3，9-二氧-3，9-二三聚氰胺鹽，該阻燃劑與聚丙烯的相容性良好，b-MAP的添加量為25%時可以使聚丙烯的氧指數(shù)為29.0%，UV94阻燃等級達(dá)到V-0級。Song Ping等[6]合成了一種新型的低聚磷氮型膨脹型阻燃劑PDBPP，PDBPP為聚（4，4-二氨基-二苯甲烷-O-雙環(huán)季戊四醇磷酸酯-磷酸酯，研究結(jié)果表明，30%PDBPP/聚丙烯體系的氧指素微28%，PHRR（峰值熱釋放速率）比純聚丙烯減少60%，大大提高到了聚丙烯塑料的阻燃性能。

2.3 其他膨脹型阻燃劑

李瑩等[7]制備了一種膨脹型阻燃劑/有機(jī)蒙脫土（OMMT）/聚丙烯阻燃復(fù)合材料，采用熔融插層法制備，研究了有機(jī)蒙脫土對聚丙烯膨脹阻燃體系的影響，結(jié)果表明有機(jī)蒙脫土與膨脹阻燃體系具有明顯的協(xié)同阻燃效果，當(dāng)OMMT添加量為2份時，復(fù)合材料的氧指數(shù)達(dá)到31%，當(dāng)加入3份OMMT，膨脹阻燃劑為22份時，復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度均達(dá)到了最大值。

應(yīng)宗榮等[8]以LTEG（低溫可膨脹石墨）作為膨脹型阻燃劑制備了PP基阻燃復(fù)合材料，研究結(jié)果表明，普通可膨脹石墨（EG）對聚丙烯阻燃效果一般，而低溫可膨脹石墨對聚丙烯的阻燃效果非常有益，用量為15%時，復(fù)合材料的氧指數(shù)達(dá)到27%，具有很好的阻燃能力，而且膨脹溫度低、膨脹速度快。研究者還先后嘗試了可膨脹石墨與季戊四醇、氫氧化鎂、微膠囊化紅磷并用時，阻燃效果可大大提高。

3 結(jié)束語

目前膨脹型阻燃改性PP還存在添加量大、相容性、吸濕、穩(wěn)定性不足的技術(shù)問題，聚丙烯膨脹阻燃改性未來可通過表明活性劑或偶聯(lián)劑對IFR進(jìn)行處理或者將IFR與聚丙烯單體接枝共聚，提高與PP的相容性；繼續(xù)深入研究微膠囊包覆技術(shù)解決IFR吸濕的問題；研究設(shè)計(jì)新型的單組份膨脹型阻燃劑，提高阻燃產(chǎn)品的綜合性能，探索阻燃劑之間的協(xié)同效應(yīng)。在環(huán)保要求越來越高的今天，膨脹型阻燃劑優(yōu)良的阻燃性能和綠色環(huán)保的特性為其提供廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]于寶剛，盧林剛，王大為.合成樹脂及塑料[J].2008，25（3）：27.

[2]Liang J Z，Zhang Y J，Jiang X H. Polymer Bulletin[J]，2011，66（2）：289-299.

[3]蘆笑梅，王萬力.E/VAC包覆膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯微觀結(jié)構(gòu)研究[J].工程塑料應(yīng)用，2004，32（11）：17-20.

[4]Wu K ，et al. Preparation and Characterization of Core/Shell-like Intumesscent Flame Retardant and its Application in Polypropylene.Journal or Macromolecular Science Part a-Pure and Applied Chemistry.2009，46（8）：837-846.

[5]周箭，楊輝，陳日新，等.膨脹型阻燃劑b-MAP對聚丙烯阻燃性能得顯微學(xué)研究[J].塑料工業(yè)，2005，33（S1）：161-163.

[6]Song P，et al.Synthesis of a Novel Oligomeric Intumescent Flame Retardant and its application in Polypropylene[J].Polymer Engineering and Science，2009，49（7）：1326-1331.

[7]李瑩，王向東.中國塑料[J].2010，24（7）：87-92.

[8]應(yīng)宗榮，楊坤，李靜，等.聚丙烯低溫可膨脹石墨阻燃復(fù)合材料的性能研究[J].塑料工業(yè)，2006，34（12）：43-45.