磷-氮系阻燃劑對(duì)PP改性的研究

趙獻(xiàn)峰

（陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西太原 030400）

磷-氮系阻燃劑對(duì)PP改性的研究

趙獻(xiàn)峰

（陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西太原 030400）

近年來，隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，發(fā)展無鹵、高效、低煙、無毒的聚合物阻燃劑已成為研究的重點(diǎn)。本文將表面改性的新型無鹵阻燃劑應(yīng)用于聚丙烯（PP）中，研究膨脹阻燃作用對(duì)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(chǎn)成本低、綜合力學(xué)性能好、無毒、質(zhì)輕、耐腐蝕、電性能好、易加工、易回收等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于包裝、建材、汽車、電子電氣、辦公用品等行業(yè)。由于PP屬易燃材料，其氧指數(shù)（LOI）只有17.4～18.5，使其應(yīng)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(huán)境保護(hù)方面要求。而磷-氮系混合型IFR中結(jié)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(yīng)用于PP中，研究膨脹阻燃作用對(duì)PP的阻燃性、熱性能的影響，檢驗(yàn)其阻燃效果。

2 實(shí)驗(yàn)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(lián)劑對(duì)磷-氮系阻燃劑進(jìn)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(jī)中充分混合，在塑料注射成型機(jī)注塑。

3 結(jié)果與討論

3.1 燃燒現(xiàn)象及極限氧指數(shù)（LOI）

將阻燃劑含量不同的PP試樣同時(shí)點(diǎn)燃，PP燃燒有熔滴現(xiàn)象并且燃燒穩(wěn)定，生成黑煙；含有8%阻燃劑的PP燃燒幾乎沒有熔滴現(xiàn)象，很快有大量炭層產(chǎn)生，燃燒很快結(jié)束，沒有黑煙產(chǎn)生，熔滴也難形成。

PP試樣的極限氧指數(shù)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(xué)性能分析

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

在簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，純PP沖擊強(qiáng)度為7.051 kJ/m2，而含有10%阻燃劑的PP的沖擊強(qiáng)度為13.99 kJ/ m2。說明P-N系阻燃劑的加入使PP的力學(xué)性能加強(qiáng)。

3.3 熱重分析

無鹵阻燃PP在受熱燃燒過程中通常會(huì)發(fā)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(fā)現(xiàn)，純PP在250℃開始降解，450℃左右已差不多降解完全；經(jīng)過阻燃改性的PP在400℃左右開始降解，450℃仍存在10%左右的穩(wěn)定物質(zhì)。說明改性后的PP熱穩(wěn)定性能有所提高，耐燃性增強(qiáng)。

對(duì)比圖1中4條曲線可知，PP并沒有與P-N系阻燃劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而是將P-N系阻燃劑通過偶聯(lián)劑KH-560添加到PP表面上，沒有改變化學(xué)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(jié)論

通過用P-N系阻燃劑對(duì)PP改性，采用相關(guān)分析對(duì)改性的PP進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)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(jié)論如下：

1）阻燃改性的PP樹脂其拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度均優(yōu)于PP樹脂，說明改性并沒有減弱其力學(xué)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(diǎn)燃時(shí)開始分解釋放出不燃?xì)怏w用于炭層的蓬松和稀釋隔絕氧氣，并與PP樹脂發(fā)生化學(xué)作用在表面形成蜂窩狀的炭層隔熱層，增加阻燃效果。同時(shí)，P-N IFR中的磷酸酯基團(tuán)也可能在高溫下發(fā)生交聯(lián)生成新的多聚磷酸類物質(zhì)存在于炭層中也起到阻燃的作用。這樣就從可燃?xì)怏w、氧化過程和隔絕熱量三個(gè)方面增強(qiáng)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(xiàn)峰（1984—），男，山西陽泉人，助理工程師，主要研究方向?yàn)榫酆瞎に嚰案男浴?/p>