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盘点聚碳酸酯(PC)阻燃剂大家族
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佛山十年树建材有限公司

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—— PC阻燃剂大家族 ——


聚碳酸酯(Polycarbonate,简称PC),是指分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,于1898年由德国科学家Alfred Einhorn首次合成。

这位科学家在实验室里埋头钻研数十载,始终未找到合适的商业化应用领域,聚碳酸酯因此“养在深闺人未识”。

双酚A型聚碳酸酯是最早的聚碳酸酯,1959年由拜耳首次商业化生产,因其具有高强度、高透明度、高抗冲、耐热等优点


目前已广泛应用于电子电器、照明、建筑材料、汽车零部件、食品包装和医疗器械等领域。

PC的玻璃化温度为140-150℃,热变形温度为135℃,使用范围从-60℃到120℃,具有良好的热稳定性和尺寸稳定性。



PC的阻燃性能虽比PE和PP好,极限氧指数(LOI)可达21%-24%,材料本身可达V-2级阻燃,但仍无法满足特殊领域对阻燃性能的更高要求,需要通过添加阻燃剂的方式进行改善。


主要有卤系阻燃剂、硅系阻燃剂、硼系阻燃剂、磺酸盐系阻燃剂、磷系阻燃剂以及其他如氢氧化镁、氢氧化铝、碳纳米管等阻燃剂。



卤系阻燃剂


卤系阻燃剂主要是指含有Br或者CL元素的阻燃剂,其中溴系阻燃剂最早被工业化生产。

将卤系阻燃剂添加到PC中,使PC材料发生增塑作用,流动性变好,燃烧熔化时可将部分热量带走;同时PC在燃烧时会产生少量的卤化氢气体,屏蔽了氧气的进入;PC发生裂解会产生H·和HO·,它们会与卤化氢气体结合,阻断了自由基与氧的进一步反应。

含卤阻燃剂阻燃效果良好,但发烟量大烟雾有毒,随着环保要求提高,含卤阻燃剂用量逐年下降。


硅系阻燃剂


硅系阻燃剂可根据结构差异分为有机硅和无机硅,硅系阻燃剂环保性高,能起到阻燃和抑烟的效果,对力学性能影响较小,阻燃机理如下:

(1) 高温下,硅氧烷迁移到PC表面并发生堆积,有效保护基材,同时防止可燃物气体和氧气接触,抑制燃烧蔓延。

(2) 硅氧烷能够加速PC的成炭形成过程,硅氧烷的支链存在起到防止拉链式解聚,可应用于PC防滴落产品。

硅系阻燃剂须进行复配以达到协效阻燃,燃烧后会迁移形成保护层,可用于防滴落用途的产品。


硼系阻燃剂


硼系阻燃剂具有耐热性好、毒性低、抑烟的特点。通用的无机硼阻燃剂有硼砂、硼酸、硼酸锌、偏硼酸钙、偏硼酸铵、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵和氟硼酸锌等;有机硼阻燃剂主要有硼酸三(2,3-二溴)丙酯、聚硼硅氧烷等。


硼系阻燃剂通过以下四个方面实现阻燃效果:

(1)阻燃剂在燃烧时熔化,吸收部分热量;

(2)阻燃剂覆盖于聚合物表面,隔绝可燃与氧气接触;

(3)阻燃剂在高温下释放出结合水,水分蒸发而使材料降温;

(4)可燃物的热分解途径发生改变,可燃性气体的产生减少。若与含氮、卤素阻燃剂互配使用,生成的难燃性气体NH3、HX可稀释氧气的浓度。


硼系阻燃剂通常与其他阻燃剂进行互配使用,发挥其冷却降温和隔绝氧气的作用。


磺酸盐阻燃剂


磺酸盐阻燃剂会在燃烧条件下分解产生少量烷基盐,促使PC发生重排异构反应,产生大量的CO2和H2O等不燃物,降低可燃性气体浓度;而且它还可作为PC本身发生酯交换反应的催化剂,发生交联反应而成炭,提升阻燃效果。


磺酸盐阻燃剂由于添加量少,成品能在提高阻燃性能同时基本保持PC基材的力学强度等性能。


磺酸盐系阻燃剂的自熄性好,对透明性影响小,但存在滴落引燃,需要与其他防滴落或者成炭性良好的阻燃剂复配使用。


磷系阻燃剂


磷系阻燃剂是一种以磷为阻燃元素的无卤环保阻燃剂,可按成分组成分为无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂。


有机磷阻燃剂主要有磷腈、芳基磷及氧化磷、磷酸酯类、亚磷酸酯、有机磷盐及磷-氮复合物等,无机磷阻燃剂主要有红磷、聚磷酸铵、次磷酸盐等。

大部分磷系阻燃剂只在凝聚相发挥阻燃效果,还有部分磷系阻燃剂可在气相和固相同时发挥阻燃作用,有关的机理:P-N系阻燃剂机理及使用事项介绍。


磷系阻燃剂环保,有良好的成炭性和自熄性,但会导致PC的玻璃化转变温度降低20-40℃,不耐水解,相容性差。


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