無鹵膨脹型阻燃劑在聚丙烯中的應(yīng)用研究

張國輝

（大慶華科股份有限公司 163316）

無鹵膨脹型阻燃劑在聚丙烯中的應(yīng)用研究

張國輝

（大慶華科股份有限公司 163316）

通過對比實(shí)驗(yàn)研究了兩種新型氮磷體系膨脹型阻燃劑（PN－201、ANTI-6）對聚丙烯(PP)阻燃性能及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：在PP中添加PN－201型阻燃劑23%有明顯的成炭作用，可以獲得良好的阻燃效果，又使PP具有優(yōu)越的綜合性能，阻燃PP材料的熱穩(wěn)定性也得到了提高。

聚丙烯；無鹵阻燃；膨脹型阻燃劑

前言

聚丙烯(PP)具有絕緣性好、耐熱性好、密度小等優(yōu)點(diǎn),在電子、機(jī)械、日用品等行業(yè)中被廣泛使用。但由于它是碳?xì)漕惒牧?易著火燃燒,使其在建筑和機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用受到很大限制。目前對聚丙烯最有效的阻燃劑是鹵系阻燃劑，但是其燃燒時會產(chǎn)生大量的黑煙和有毒致癌物質(zhì)，嚴(yán)重的危害人們的健康和生命安全。為了保護(hù)環(huán)境和人類的健康，歐盟出臺了《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》（簡稱RoHs指令），被我國家電業(yè)稱為“歐盟綠指令”?！熬G指令”將家電產(chǎn)品的綠色、環(huán)保門檻再度加高。對我國而言，我國家電業(yè)所用的阻燃劑仍以含鹵阻燃劑為主。為此，2003年歐盟向中國發(fā)出貿(mào)易通牒，如果到2006年，中國還不能按歐盟RoHs指令使家用電器外殼材料達(dá)到歐盟要求，那么，歐盟將停止進(jìn)口中國相關(guān)產(chǎn)品。由此，我國每年將損失2500億元的相關(guān)產(chǎn)品的出口收入。因此，尋找無鹵阻燃劑是阻燃研究的主要趨勢。PP的無鹵阻燃劑主要分為無機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑。無機(jī)阻燃劑有金屬氫氧化物，如氫氧化鋁、氫氧化鎂。但其存在添加量大，極大降低PP的力學(xué)性能等缺點(diǎn)。所以有機(jī)氮磷體系無鹵膨脹型阻燃劑以其添加量較少且對PP的力學(xué)性能影響較小、綜合性能較好，近年來越來越受到重視。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

聚丙烯（PP）,MI8-10 g/10min,華科聚丙烯二廠；無鹵阻燃劑PN-201,河南濮陽誠科化工有限公司；無鹵阻燃劑ANTI-6，上海海以工貿(mào)有限公司；抗氧劑1010、168，營口風(fēng)光助劑廠。

1.2 主要設(shè)備（見表1）

1.3 工藝流程

配料混合→擠出造?！⑺艹尚汀胖谩鷾y試

1.4 性能測試

氧指數(shù)、垂直燃燒測試按GB/T 2406-93進(jìn)行

拉伸強(qiáng)度測試按GB1040-79進(jìn)行；

沖擊強(qiáng)度測試按GB1039-79進(jìn)行。

表1：實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備

表2：PN-201填加量對聚丙烯燃燒性能的影響

表3：PN-201填加量對聚丙烯力學(xué)性能的影響

表4：ANTI-6填加量對聚丙烯燃燒性能的影響

表5：ANTI-6填加量對聚丙烯力學(xué)性能的影響

2 結(jié)果與討論

2.1 無鹵阻燃劑PN-201對聚丙烯性能的影響

2.1.1 無鹵阻燃劑PN-201對聚丙烯燃燒性能的影響

將PN-201按不同配比量進(jìn)行阻燃實(shí)驗(yàn)。不同阻燃劑含量對PP燃燒性能的影響見表2。

從表2可見，隨著阻燃劑PN-201用量的增加，阻燃PP的燃燒級數(shù)逐漸變化，氧指數(shù)逐漸變大，但是當(dāng)阻燃劑PN-201用量大于23%以后，氧指數(shù)達(dá)到33以上，同樣燃燒級數(shù)也達(dá)到V-0級，且無滴落現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谂蛎涀枞糚P體系中，PN-201的加入使體系在燃燒過程中形成一種更加致密的炭層，對氧、熱等起到阻礙作用。所以為保持PP良好的綜合性能，在保證達(dá)到燃燒性能要求的基礎(chǔ)上，最好選用23%左右的阻燃劑。

2.1.2 無鹵阻燃劑PN-201對聚丙烯力學(xué)性能的影響

表3是PN-201用量對PP阻燃材料力學(xué)性能的影響。從表3中所列數(shù)據(jù)可以看出，隨著阻燃劑PN-201用量的增加，拉伸強(qiáng)度逐漸下降，但下降變化幅度不大。當(dāng)燃燒性能達(dá)到V-0級時，PN-201在PP中的含量為23%，從表中可以看出，在該配比下，其拉伸強(qiáng)度也達(dá)到29MPa以上。PN-201用量對PP阻燃材料的韌性影響比較大，隨著PN-201用量的增加，PP阻燃材料的沖擊強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng) PN-201含量超過23%時，沖擊強(qiáng)度下降的最大。所以阻燃PP材料中PN-201含量為23%時，各項(xiàng)性能都比較不錯。隨著阻燃劑含量的增加，PP阻燃材料的熔融指數(shù)也隨之增加，可見阻燃劑的流動性比較好。

2.2 無鹵阻燃劑ANTI-6對聚丙烯性能的影響

2.2.1 無鹵阻燃劑ANTI-6對聚丙烯燃燒性能的影響

在相同加工工藝條件下，將ANTI-6按不同配比量進(jìn)行對比阻燃實(shí)驗(yàn)。不同阻燃劑含量對PP燃燒性能的影響見表4。從表4可以看出，同樣達(dá)到V-0級阻燃要求，ANTI-6的添加量要達(dá)到30%，高于PN-201的23%。

2.2.2 無鹵阻燃劑ANTI-6對聚丙烯力學(xué)性能的影響

表5是ANTI-6用量對PP阻燃材料力學(xué)性能的影響。從表5中可以看出由于ANTI-6的添加量要大于PN-201，所以PP阻燃材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都要低于PN-201填充體系。

3 結(jié)論

在同樣達(dá)到V-0級阻燃要求時，PN-201的添加量要低于ANTI-6的添加量，PN-201的綜合性能更佳。PN-201體系通過了放大生產(chǎn)，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，未發(fā)生水解發(fā)泡現(xiàn)象。

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張國輝：男，1979年8月，化工研發(fā)工程師，2001年齊齊哈爾大學(xué)高分子材料與科學(xué)工程專業(yè)畢業(yè)?，F(xiàn)大慶華科股份有限公司科技開發(fā)分公司從事科研工作，先后擔(dān)任阻燃PP系列專用料、阻燃ABS系列專用料、高光澤PP專用料項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。2004年其負(fù)責(zé)的《高光澤PP專用料》項(xiàng)目獲大慶市優(yōu)秀新產(chǎn)品獎，2005年其負(fù)責(zé)的《電子電器阻燃聚丙烯專用料》項(xiàng)目獲黑龍江省優(yōu)秀新產(chǎn)品二等獎，2006年其負(fù)責(zé)的《PC/ABS合金材料》項(xiàng)目獲大慶市政府科技進(jìn)步一等獎。