紅磷阻燃尼龍的研究進(jìn)展

摘 要：文章介紹了紅磷阻燃尼龍的阻燃機(jī)理以及近年來紅磷阻燃尼龍的阻燃性能改進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)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(jìn)行增強(qiáng)，玻璃纖維在尼龍樹脂中相當(dāng)于“燭芯”，更加容易引發(fā)尼龍的持續(xù)燃燒。因此，為進(jìn)一步提高尼龍的阻燃性能，學(xué)者們進(jìn)行了較為廣泛而深入的研究。

1 紅磷阻燃機(jī)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(jī)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(jìn)成為研究熱點。

2 紅磷阻燃性能的改進(jìn)

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(qiáng)度的連續(xù)緊密的薄膜，以滿足特殊需要。將紅磷進(jìn)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(dāng)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(qiáng)的尼龍66中加入微膠囊包覆紅磷后，材料的力學(xué)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(xué)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(xué)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(qiáng)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(dāng)MRP的含量過低時，酸源不足，不能使體系阻燃性能達(dá)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?；蚱渌枞紕┡c玻璃纖維（質(zhì)量分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(dá)到 21份時， 材料的氧指數(shù)達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)三者質(zhì)量比為100∶13∶20 時，所得到的PA66復(fù)合材料氧指數(shù)可達(dá)33，是一種阻燃和力學(xué)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(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，促進(jìn)碳化層的生成，降低復(fù)合材料的燃燒和熱裂解速度，但是，當(dāng)其用量過大時，會降低復(fù)合材料的力學(xué)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(jìn)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(jìn)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(xiàn)

[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(qiáng)尼龍66中的應(yīng)用[J].塑料，2004，33（6）：37-40.

[3]劉典典，冉進(jìn)成，賴學(xué)軍，等.聚苯醚與紅磷母粒無鹵阻燃玻纖增強(qiáng)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(qiáng)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(yuǎn)，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(xué)學(xué)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(fù)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。