阻燃PC板 阻燃PC薄膜的阻燃原理

阻燃PC和PC材料有著很大的不同。阻燃PC與PC在物理特性上有很大的不同，阻燃PC具有抗火性能，而PC沒(méi)有。此外，阻燃PC需要滿足更高的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，而PC不需要。阻燃PC可以阻止可燃物自燃，而PC沒(méi)有這種性能。阻燃PC也能夠阻止火花和火焰的傳播，而PC則沒(méi)有這種能力。

物理性質(zhì)

聚碳酸酯（PC）無(wú)色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好。

化學(xué)性質(zhì)聚碳酸酯耐酸，耐油。

聚碳酸酯不耐紫外光，不耐強(qiáng)堿。

2阻燃PC原理

阻燃PC的阻燃原理就是催化PC在燃燒時(shí)的成炭，從而達(dá)成阻燃的目的，下面介紹了4類高效阻燃系統(tǒng)，它們或者通過(guò)高效的氣相阻燃，或者通過(guò)在凝聚相中抑制自由基的增長(zhǎng)，或者通過(guò)催化作用改變聚合物的熱分解模式并促進(jìn)成炭而發(fā)揮阻燃功能。在用量極少的情況下即能滿足很多領(lǐng)域的阻燃要求，是阻燃劑的發(fā)展方向。這類阻燃系統(tǒng)有：(1)催化阻燃系統(tǒng)；(2)芳香族磺酸鹽(酯)；(3)凝聚相中的自由基抑制劑；(4)高效氣相阻燃劑。　

目前高聚物中使用的常規(guī)阻燃劑，阻燃效率低，用量大，從而惡化了高聚物基材原有的優(yōu)異性能，增加高聚物燃燒或熱解時(shí)生成的煙量及有毒氣體量，增加材料的價(jià)格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困難。因此，尋求高效的阻燃系統(tǒng)，是阻燃領(lǐng)域內(nèi)人們長(zhǎng)期的奮斗目標(biāo)。據(jù)專家們預(yù)測(cè)，具有下述特征之一的阻燃系統(tǒng)，有可能成為具有發(fā)展前景的未來(lái)的高效阻燃劑，這些特征是：(1)能抑制凝聚相的氧化反應(yīng)；(2)具有催化阻燃作用；(3)能發(fā)揮高效的氣相阻燃作用；(4)能形成有效的含炭層或含其他阻燃元素的防護(hù)層。現(xiàn)介紹4類高效阻燃系統(tǒng)。

1、催化阻燃系統(tǒng)

催化阻燃系統(tǒng)是指那些在一定條件下能脫水生成強(qiáng)酸的化合物，它們可促進(jìn)高聚物成炭，但這種作用模式對(duì)烴類高聚物效果不佳。不過(guò)，如果聚烯烴能在催化劑作用下氧化脫氫而形成水和炭，則不僅燃燒熱可大大降低，材料的阻燃性也大為改善，而且燃燒產(chǎn)物只是無(wú)毒的水蒸氣。例如，在聚丙烯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的鉻，可使聚丙烯的氧指數(shù)提高至27，其機(jī)理可能涉及聚丙烯的催化脫氫和成炭?！×硗?，在聚丙烯中加入1%的乙酰丙酮鋅和乙酰丙酮鈷，可使材料具有自熄性(見(jiàn)表1)。這類添加劑可能是催化助氧化劑，它們能提高聚合物的成炭率。

表1　聚丙烯中某些金屬化合物的阻燃效能

化 合 物 成炭性 滴落性 阻燃性

乙酰丙酮鎳 差 有 燃燒

軟脂酸銅 差 有 燃燒

乙酰丙酮鈷 好 無(wú) 自熄

乙酰丙酮鋅 好 無(wú) 自熄

注：加入量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%。

還有，在乙烯-丙烯酸橡膠中加入2.5%的錫酸鋅，可明顯提高三水合氧化鋁的阻燃性，促進(jìn)炭層的形成。氧化鉻/氧化鋅、氧化鐵、氧化鋅和氧化鋁/氧化鎂對(duì)主要以三水合氧化鋁和氫氧化鎂阻燃的聚烯烴，可抑制滴落和降低材料的可燃性。此外，某些磷化氫-鉑絡(luò)合物可使聚甲基丙烯酸甲酯發(fā)生氧化反應(yīng)和催化交聯(lián)，從而導(dǎo)致阻燃性增高。但這種催化劑價(jià)格昂貴且效率有限，目前只是一個(gè)研究導(dǎo)向。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)對(duì)聚合物有效的阻燃劑鉑的質(zhì)量含量為1×10-6時(shí)，即可賦予含硅酸鹽填料的硅氧烷以阻燃性，并增多不燃?xì)堅(jiān)?jù)分析，鉑在上述系統(tǒng)中的催化作用可能是使硅氧烷鏈與填料硅酸鹽偶聯(lián)。這啟示人們，通過(guò)催化原理來(lái)設(shè)計(jì)非常高效的阻燃劑是可能的。

2、芳香族磺酸鹽(酯)

一系列無(wú)機(jī)的和有機(jī)的芳香族磺酸鹽(酯)被發(fā)現(xiàn)是聚碳酸酯(PC)的極有效的阻燃劑，所需用量極低(催化劑量)(見(jiàn)表2)。例如，當(dāng)PC中含有約0.1%的2?4?5-三氯苯磺酸鈉(鉀)時(shí)，PC的氧指數(shù)可達(dá)25～35，阻燃級(jí)別可達(dá)UL 94 V-0級(jí)。這類阻燃劑已在工業(yè)上獲得應(yīng)用。芳香族磺酸鹽(酯)的高阻燃效能來(lái)自它能催化加速PC的熱降解，并在材料的燃燒表面形成炭層。表2所列其他的PC阻燃劑的阻燃機(jī)理與芳香族磺酸鹽類似。

表2 高效PC阻燃劑

序號(hào) 阻燃劑 質(zhì)量含量/% PC氧指數(shù)/%

1 芳香族磺酰胺的金屬鹽 0,05～0,2 29-40

2 全氟硼酸金屬鹽(+有機(jī)硅) 0,01～0,03(+0,01～0,05) 27-38

3 全氟鈦酸酯 0,01～0,1 29-41

4 芳香族磺酰胺金屬鹽(+全氟金屬鹽+含鹵有機(jī)化合物) 總量0,01～0,1 26-39

可采用下述3類化合物的混合物阻燃PC，其總用量不超過(guò)后樹脂產(chǎn)品質(zhì)量含量的1%。(1)芳香族磺酰胺的堿金屬鹽，ArSO2N-RM+(R為芳基)；(2)齊聚有機(jī)溴化物；(3)聚四氟乙烯(PTFE)。表3列有上述阻燃劑阻燃的PC及通用PC的性能，該表數(shù)據(jù)說(shuō)明，添加少量阻燃劑的PC，其物理和機(jī)械性能可與未阻燃PC媲美，但氧指數(shù)和阻燃性明顯提高。

表3 阻燃PC及通用PC性能比較

阻燃PC 阻燃PC

性　能 測(cè)定方法 不含PTFE 含PTFE 通用PC/%

拉伸強(qiáng)度/MPa ASTM,D-638

屈,服 55,5～65,3 55,1～62,0 56,5～65,5

斷,裂 55,1～72,3 48,2～68,9 55,1～72,3

斷裂伸長(zhǎng)率/% ASTM,D-638 95～135 80～120 95～135

抗張,模量,/MPa ASTM,D-638 1929～2412 1929～2412 1929～2412

抗彎模量/MPa ASTM,D-790 2067～2549 2067～2549 2067～2549

熱變形溫度/℃(1,82MPa) ASTM,D-648 123～133 123～133 123～133

玻璃化溫度/℃ DSC(10℃/min) 151～153 151～153 151～153

介電常數(shù)(105Hz) ASTM,D-150 2.95 2.95 2.95

氧指數(shù)/% ASTM,D-268 36～41 36～41 25～27

阻燃性 UL,94

1,6mm試樣 V-2 V-0 V-2

3,2mm試樣 V-0 V-0/5V V-2

3、凝聚相中的自由基抑制劑

凝聚相中的表面氧化對(duì)于聚合物的高溫降解具有十分重要的作用，因?yàn)檠跄艽┩改承┤紵酆衔锏谋韺?。因此，凝聚相中的抗氧系統(tǒng)在原則上可能都具有阻燃作用。但是，大多數(shù)抗氧劑和自由基清掃劑在高聚物氧化裂解溫度下對(duì)阻燃不很有效，因?yàn)樵诖藴囟认?，鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)的鏈引發(fā)階段速度很快，通常的抗氧劑將被破壞。不過(guò)，對(duì)位處“燃燒傳播”和“燃燒自熄”之間的配方，加入自由基抑制劑可能有利于使燃燒自熄；而對(duì)某些阻燃聚合物、抗氧劑也可使材料氧指數(shù)有所提高(見(jiàn)表4）。

具有多共軛芳香結(jié)構(gòu)或金屬還原劑型的高溫抗氧劑，可能對(duì)抑制燃燒塑料的表面氧化有效。下述兩種化合物由于分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有含鹵亞酰胺及受阻酚，故可能同時(shí)兼具阻燃作用和抑制自由基的作用。

以化合物(Ⅰ)阻燃聚乙烯時(shí)，其氧指數(shù)比以氯菌酸酐阻燃者(氯含量相同時(shí))有所提高。但要想使抗氧劑發(fā)揮高效阻燃作用，必須設(shè)計(jì)耐高溫的抗氧系統(tǒng)。

表4 不同抗氧劑對(duì)阻燃聚乙烯氧指數(shù)的影響

抗　氧　劑 聚乙烯氧指數(shù)/%

無(wú) 22,1±,0,4

2,6-二叔,丁基,對(duì),甲酚 23.6

辛基-N-苯基-α-萘胺 24.2

N,N′-二苯基對(duì)苯二胺 24.2

噻吩,嗪 23.8

注：抗氧劑的質(zhì)量含量為2%

4、高效氣相阻燃劑

有人認(rèn)為，有些在氣相中釋出HCl和HBr的阻燃系統(tǒng)，可能基本上只是發(fā)揮物理作用。例如，三(二氯異丙基)磷酸酯用于阻燃聚氨酯泡沫塑料。另外，三氯化銻是通過(guò)化學(xué)作用抑制自由基反應(yīng)的；但對(duì)烴的燃燒肯定存在一些更有效的燃燒抑制劑，如羰基鐵、四乙基鉛、二氯二氧化鉻等，它們的阻燃效率至少比三氯化銻高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，為使己烷—空氣混合物燃燒速度降低30%，所需的抑制劑三氯化銻及氯氧化磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.64%和0.98%，而四乙基鉛及五羰基鐵則分別只需0.18%及0.10%，即后兩者僅為前兩者的1/10左右。特別是，在氫氧焰中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-6的Mg、Cr、Mn、Sn或U鹽，即是有效的氣相中自由基結(jié)合的催化劑。但這類試驗(yàn)表明，比現(xiàn)有阻燃系統(tǒng)效率高出一兩個(gè)數(shù)量級(jí)的氣相阻燃劑是可能找到的。

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