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【技術貼】成炭劑及防熔滴劑技術說明

成炭技術是聚合物阻燃化的重要方法和途徑之一。在阻燃劑的阻燃機理中,紅磷、微膠囊化紅磷、磷酸酯、鹵化磷酸酯等含磷阻燃劑在空氣中受熱后,均先氧化生成P2O5,繼而生成磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸,它們可使一些含氧聚合物如環氧樹脂、聚氨酯、不飽和聚酯等成炭正離子脫水成炭。

炭質層是不易燃的,它覆蓋、圍繞聚合物,隔絕空氣中氧和火焰,起到阻燃作用。其它含硼阻燃劑如硼酸鋅等以及一些可吸收電子的物質(路易斯酸類)如Sb2O3、FeCl3等,也基本上是按上述模式通過促進聚合物脫水而成炭、達到阻燃功效。在膨脹阻燃技術中談到膨脹阻燃劑也是通過上述類似的反應歷程脫水成炭,不過它是在可產生磷酸等物質的膨脹催化劑和噴氣劑、成炭劑的聯合作用下生成致密的多孔泡沫炭層的,它們又比一般脫水成炭的阻燃功效要高一些。
第二個使聚合物成炭、繼而實現阻燃化的途徑是接枝和交聯成炭。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等皆可通過輻射交聯或化學交聯達到成炭效果;而聚苯乙烯則可通過化學交聯,進行Friedel-Crafts反應而炭化。ABS樹脂則可通過接枝形成共聚物,繼而實現炭化。

炭層中碳質量與聚合物中含碳量之比 ,大多數聚合物的自成炭性和成炭速率都不高。所以,要加一些成炭劑或炭促進劑去促使這些聚合物成炭,這就是聚合物成炭化的第三個途徑。在聚烯烴(成炭性很低的典型)阻燃配方示例中,有一些配方加入季戊四醇等成炭劑,就是這個目的。

有人認為使炭化后的炭質層緊密固化形成網絡結構是解決聚合物熔滴的關鍵問題,傳統的防滴落物質是硅酸鹽類如滑石粉、硅酸鈣等。它們的防熔滴作用幾乎全部是物理方面的,即增加熔體內的填充物,減少其流動性;而這些傳統的防熔滴滴落物需要加人較大量才會起作用,這對聚合物的物理力學性能會產生較大的不利影響,因而限制了它們的應用。

目前的防熔滴滴落是從兩方面入手:第一,選擇一些聚合物,加入交聯劑,使它能產生交聯固化結構,形成緊密的炭層,阻止聚合物的熔體滴落。如阻燃PP配方中加人交聯劑三烯丙基三異氰酸酯(TAIC)和過氧化二異丙苯(DCP)就是使聚丙烯產生交聯固化結構,從而防止PP熔融滴落的。第二,向阻燃體系加人成炭劑,或聚合物防滴落劑,如聚四氟乙烯(PTFE)等。

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