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无卤阻燃聚乙烯的研讨进展

发布时间:2022-09-25 16:59:25 来源:华体会直播

  聚乙烯(PE)是由单体乙烯经聚合得到的热塑性树脂,具有杰出的耐寒性,较好的机械强度、介电功用,广泛运用于线缆、薄膜、管材、包装、容器、医疗用具等制品。但PE氧指数为17.4%,属易燃资料。PE资料焚烧速度快、发热/烟量大,焚烧时易熔滴,对生命财产安全构成极大要挟,约束了聚乙烯的运用和开展,因而对其进行阻燃改性势在必行。

  为了战胜聚乙烯简单焚烧的缺点,进步阻燃功用,增加不同品种阻燃剂,制备阻燃PE资料。阻燃剂受热分化产生惰性气体、水分,然后带走部分热量;促进可燃物成碳,使复合资料外表构成细密隔绝层,然后进步阻燃功用。

  现在阻燃剂正向无卤、低毒、低烟方向开展,本文首要介绍金属氢氧化物、磷系、氮系、碳族及胀大型阻燃剂在聚乙烯资猜中阻燃功用的运用及研讨进展。

  金属氢氧化物阻燃剂以氢氧化铝和氢氧化镁为主。镁铝阻燃剂安稳性好、无毒。发烟量小,焚烧进程中会开释水蒸气稀释可燃气体、带走部分热量,按捺焚烧、产生阻燃效应。镁铝阻燃剂能够延伸点着时刻,下降热开释速率,氢氧化镁与PE的相容性较差且阻燃功率低,需很多增加才会进步阻燃功用,很多增加会下降复合资料的加工性和力学功用。

  张红霞等以硬脂酸钠和聚乙二醇为改性剂对氢氧化镁进行外表改性,并制备高密度聚乙烯阻燃复合资料。研讨标明,当改性氢氧化镁增加量为30%,HDPE/ 氢氧化镁复合资料的拉伸强度为12. 3 MPa,氢氧化镁与 HDPE 有较好的相容性,极限氧指数进步至24. 6%,阻燃功用进步较少。

  层状双氢氧化物在分化的时会开释出CO2 和H2O,稀释和隔绝氧气,使其具有杰出的阻燃作用,可代替卤素和含磷的阻燃剂。

  高尚等以氢氧化铝和克己镁铝双氢氧化物(Mg-Fe-LDH)为阻燃剂,制备了氢氧化铝/ Mg-Fe-LDH / HDPE 阻燃复合资料。

  陈晓松等以氢氧化铝、胀大蛭石、三氧化二锑为阻燃剂,制备 HDPE 复合资料。研讨发现,当氢氧化铝/ 胀大蛭石配比为3 ∶ 2,复合资料的力学功用较好,抑烟阻燃功用到达FV-0 级。氢氧化铝和胀大蛭石总量在 50%时,极限氧指数随氢氧化铝的增多先增加后下降,在配比为3 ∶ 2 时到达最佳。

  赵松等研讨氢氧化镁和硼酸锌对线型低密度聚乙烯和乙烯丙烯酸乙酯共聚物阻燃功用影响。发现,跟着氢氧化镁和硼酸锌份额增大,复合资料的阻燃功用进步,当氢氧化镁增加量为65%时,阻燃功用最好,到达UL94 V-0 级。

  王伟铃研讨了氢氧化镁对线型低密度聚乙烯阻燃功用的影响。氢氧化镁用量到达 70%时,极限氧指数到达31. 4%,比纯料进步了约71%,笔直焚烧测验到达 V-0 级。

  磷系阻燃剂在焚烧时能催化可燃物转化为炭,隔绝热量和空气的传达,维护内层资料不被焚烧。常用的磷系阻燃剂有聚磷酸铵、次磷酸铝、微胶囊红磷等,具有与基体树脂的相容性好、阻燃功用优异等长处。

  Zhang 等将磷酸基和磷酸铵引进到纤维素外表,得到高开释度P,N掺杂的纤维素原纤维,制备高密度聚乙烯阻燃复合资料。

  研讨标明,掺杂7%的 P,N 纤维素原纤维可使平均热开释速率下降 29. 6%,热开释速率峰值下降了 72. 9%,极限氧指数进步了 30. 5%。高密度聚乙烯复合资料细密的炭结构和较高的晶向构成物理屏障,然后使其具有优异的阻燃功用。

  王亚凤等制备含磷丙烯酸核-壳粒子(P-ACR)阻燃剂,探求对二乙基次磷酸铝 ( ADP) 阻燃HDPE 复合资料功用的影响。

  研讨发现,P-ACR具有凝集相阻燃的作用,与ADP 和HDPE 有较好的相容性。当P-ACR增加量由0%增加到 10%,复合资料的阻燃和力学功用呈上升趋势。与 HDPE/ ADP 比较,HDPE/ ADP/ P-ACR 的冲击强度进步 51. 8%,拉伸强度进步 29. 6%,极限氧指数进步 2. 2%。

  Xia等用环氧树脂作为壳层包覆聚磷酸铵和二乙基次膦酸铝制备聚合,然后与高密度聚乙烯/ 石墨烯纳米片复合资料共混,制备阻燃 HDPE 资料。研讨发现,笔直焚烧测验到达 V-0等级,极限氧指数到达34%,复合资料阻燃功用优异。

  氮系阻燃剂焚烧时会开释出NO2 、N2 、NH3 、NO等不燃气体,可稀释资料外表氧气的浓度,一同吸收焚烧所产生的热量,所以氮系阻燃剂常常与其他阻燃剂复配用于胀大型阻燃剂。常用的氮系阻燃剂有三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐以及双氰胺等。氮系阻燃剂具有毒性低、无腐蚀、污染小、价格低廉等长处。

  Li等以三聚氰胺多磷酸酯 ( MPP) 和次磷酸铝( AHP) 为复配阻燃剂,研讨了对高密度聚乙烯/ 木粉阻燃复合资料功用的影响。

  研讨发现,含有 35% 阻燃剂的复合资料极限氧指数可到达29. 6%,笔直焚烧测验到达V-0等级,热开释速率和烟雾产生率下降。协同系统 ( MPP/ AHP 质量比= 3 / 2) 能够构成细密的厚炭层,阻挠了热量和燃料气体的传递。

  果威以三聚氰胺多磷酸酯以(MPP) 、硼酸锌 (ZB)和纳米二氧化硅( nano-SiO2 ) 为复配阻燃剂,制备木粉/ 高密度聚乙烯阻燃复合资料。

  研讨发现,当增加 40% 阻燃剂( MPP/ ZB = 7 / 2)时复合资料的氧指数为 30. 5%,笔直焚烧到达 V-0 级; 复合资料具有杰出抑烟作用和阻燃功用。当增加 38%阻燃剂 ( MPP/ nano-SiO2 = 4 / 1) 时,复合资料与木塑复合资料比较力学功用上升,阻燃功用进步,表现出杰出的热安稳性。

  磷系阻燃剂在受热时能催化可燃物转化为炭,隔绝热量和空气的传达,维护内部资料,避免进一步焚烧; 氮系阻燃剂在受热时能开释不燃气体,稀释氧气浓度、吸收部分热量。磷氮系阻燃剂皆可用于胀大型阻燃剂,二者复配或与其他阻燃剂复配可制备阻燃功用更佳的胀大型阻燃剂。

  碳族阻燃剂首要有可胀大石墨、石墨烯、碳纳米管、C60 等。碳族阻燃剂不仅能进步成炭率,并且在经过构成接连细密的炭层,维护未焚烧的树脂基体。并且碳纳米管和炭黑等碳族资料还能够吸收高活性自由基中止焚烧进程的链式反响。

  可胀大石墨 ( EG) 是一种无机胀大型阻燃剂,受热时可胀大并生成蠕虫状结构层,覆于资料外表,阻断焚烧,常与其他阻燃剂复配制备胀大型阻燃剂。

  匙静研讨阻燃剂三聚氰胺与胀大石墨对HDPE/ 木塑资料阻燃功用的影响,发现,当三聚氰胺与胀大石墨用量为5%时,HDPE/ 木塑资料的极限氧指数由21. 26%进步到 29. 6%。

  Tang等运用可胀大石墨、聚磷酸铵(APP)和红磷母料(RPM)作为阻燃剂制备高密度聚乙烯/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(HDPE/EVA)复合资料,研讨复合资料阻燃性的协同效应。

  研讨发现,APP和RPM与EG的协同作用大大进步了热降解温度,但下降了 HDPE/ EVA / EG 复合资料的炭化残留物。APP和RPM与EG 一同促进构成安稳而细密的炭化残渣,下降热开释速率,进步了阻燃功用并避免持续焚烧。

  胀大型阻燃剂(IFR)在焚烧进程中构成多孔胀大炭层起隔绝作用,维护内部资料。IFR的首要成分为磷、氮,包含酸源、炭源和气源三个基本要素。酸源在受热后分化,促进了炭源与基体产生脱水反响,构成炭化层,首要有磷酸盐、硼酸盐和磷酸酯等。

  炭源一般为含碳量较高的化合物,如季戊四醇、酚醛树脂等,气源是在焚烧进程中开释出不燃气体,使炭层胀大,构成关闭疏松结构,常用的气源有尿素、三聚氰胺氰尿酸盐等。由于IFR不含卤素,低毒、低烟、绿色环保,成为研讨的热门。

  韩水兵等依照方程式 ( 1) ~ ( 4) ,运用三聚氰胺和甲醛对APP制备微胶囊化 APP,然后将微胶囊化APP、季戊四醇及三聚氰胺混合,得到胀大阻燃系统,再与 HDPE 共混制备 IFR-HDPE 复合资料。

  研讨发现,IFR-HDPE 与 HDPE 比较,水平焚烧速度下降,阻燃功用进步,但力学功用下降; 微胶囊化 APP 相对于 APP,能有用削减焚烧进程中的滴落和再焚烧的现象,且能使 IFR-PE 的加工流动性、力学功用和成炭作用等得到改进。

  Ghada等以磷酸、季戊四醇、蒙脱石、三聚氰胺盐为质料合成了新式的胀大型阻燃剂MPPM,并探求对LLDPE阻燃功用的影响。MPPM增强了高温下 LLDPE 的热安稳性并增强了750 ℃下炭构成。MPPM的参加下降了LLDPE的热开释速率峰值、平均热开释速率。此外,MPPM进步了LLDPE 的阻燃功用,在UL94 测验中到达了V-0等级。

  上海化工研讨院有限公司、聚烯烃催化技能与高功用资料国家重点实验室、长三角改性塑料工业技能创新战略联盟和上海功用阻燃资料工程技能研讨中心将联合主办“2022(第五届)全国阻燃资料工业运用与技能创新论坛”,诚邀政府部门、职业安排、工业链上下游企业、闻名高校的专家、学者和企业家,洞悉前沿技能,展现最新研讨成果,讨论工业痛点和未来大势,共谋阻燃资料工业开展。


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