隨著易燃高分子材料應用越來越廣泛,阻燃劑的需求量大大提高。與有機阻燃劑相比,無機阻燃劑具有生產成本低、阻燃效率高、對環境污染小等優點,但是無機阻燃劑與高分子材料相容性低,對材料力學性能影響大,通常必須經過改性才能達到較好的阻燃效果。因此,尋求有效改善阻燃劑的相容性問題,且推廣性佳的改性方法是無機阻燃劑發展的必要研究。
阻燃塑料
目前,無機阻燃劑主要品種有氫氧化鋁、氫氧化鎂、無機磷化合物、硼酸鹽、氧化銻、鉬化合物等,研究最多的阻燃劑改性方法有阻燃劑微膠囊化、阻燃劑超細化、阻燃劑表面改性三種。
一、阻燃劑微膠囊化
微膠囊技術是指用高分子材料包裹固體、氣體或者液體成為直徑1μm~5000 μm 的殼芯結構的微小膠囊。微膠囊技術的特點在于微膠囊能在形態上把液體、氣體轉變為固體,賦予了芯物質新物理特性;囊壁可以起到隔離、保護作用,讓容易相互反應的物質穩定共存,同時可以屏蔽有色、味或毒性物質;芯物質可根據需要控制釋放出來。
氫氧化鎂微膠囊阻燃劑
阻燃劑微膠囊主要制備方法有界面聚合法、原位聚合法、相分離法、溶液蒸發法、溶膠凝膠法等。
阻燃劑微膠囊制備方法及原理
二、阻燃劑超細化
納米級阻燃劑是由超微阻燃粒子凝聚而成顆粒尺寸為1 nm~100 nm的塊體、薄膜、多層膜和纖維狀的阻燃劑,傳統的無機阻燃材料通過超細化處理后,利用納米粒子的尺寸效應、表面效應來增強界面作用,使阻燃劑可以更均勻地分散在基體樹脂中,起到剛性粒子增塑增強的作用,改善阻燃劑和聚合物基體的相容性,提高了材料的抗沖擊性能和阻燃性能。
超細活性氫氧化鋁阻燃劑
近年來,研究阻燃劑超細化改性的學者在傳統的氣相制備法、液相制備法、高能機械球磨法等基礎上不斷創新,研究發明了越來越多阻燃劑超細化改性方法。
常見納米無機阻燃劑的合成方法和用途
由于納米阻燃體系阻燃效率高,并且無毒環保,其與其他阻燃劑的復配與協同已經成為納米阻燃的熱點之一。
三、阻燃劑表面改性
表面改性是采用物理或化學的方法,利用表面改性劑對顆粒進行表面化學反應和表面包覆,從而改變顆粒表面的化學和物理性質的工藝過程。阻燃劑表面改性的方法很多,從改性劑方面可以分為偶聯劑改性和有機物改性兩種,從工藝上可以分為干法和濕法兩種。
偶聯劑是一種典型的改性劑,其分子含有親水基團和疏水基團,親水基團能與無機粉體表面發生化學反應而使得無機粉體表面包覆著一層有機薄膜,降低無機粉體的表面能,改變其親水的表面性質;疏水基團能與高分子材料反應或糾纏,在無機粉體與高分子材料之間充當橋梁作用,使無機粉體牢固地結合在高分子聚合物中。
常見偶聯劑有硅烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑。
硅烷偶聯劑作用機理
常用改性劑及應用
總結
目前,阻燃劑的消費量已躍居塑料助劑第二位,盡管人們依然在不斷開發新的無機阻燃劑品種,如錫類化合物、鑰類化合物、鐵類、膨脹石墨等,并有了一定的發展,但將來一段時間內的工作重點依然是對氫氧化鋁和氫氧化鎂等金屬氫氧化物無機阻燃劑的改性、復配為中心,不斷改善其對材料物理機械性能的影響,特別是高效增效劑的開發,促使無機阻燃劑向高效、功能化方向發展。
參考來源:
1.阻燃劑的改性研究進展,覃善麗(大眾科技);
2.《無機阻燃劑的應用、表面改性及發展前景》;
3.納米無機阻燃劑的研究進展,張澤江、馮良榮、邱發禮、蘭彬(化學進展)。
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作者:粉體圈
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