影響聚丙烯阻燃性能的因素

田星 李勇

（大慶華科股份有限公司 大慶163316）

影響聚丙烯阻燃性能的因素

田星 李勇

（大慶華科股份有限公司 大慶163316）

本文主要對(duì)影響聚丙烯PP材料性能的因素進(jìn)行了分析、研究，從阻燃劑選用的角度來(lái)說(shuō)，阻燃劑的選用要從其熱分解溫度、熔點(diǎn)與聚丙烯的熱分解溫度、熔點(diǎn)相匹配；同時(shí)從不同PP的熔體流動(dòng)速率角度、滑石粉對(duì)其影響程度等方面進(jìn)行了分析。

熱分解溫度、熔點(diǎn)、熔體流動(dòng)速率、加工溫度

聚丙烯是五大通用樹(shù)脂之一，在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域達(dá)到廣泛運(yùn)用，由于聚丙烯自身結(jié)構(gòu)的原因（氧指數(shù)僅為17.4左右），遇火易燃燒，發(fā)熱量高,燃燒速度快，并伴有發(fā)煙、滴落現(xiàn)象，容易發(fā)生火災(zāi)，給人們的生命、財(cái)產(chǎn)造成極大的傷害，其應(yīng)用領(lǐng)域受到極大的限制。在日益強(qiáng)調(diào)安全性和減少危害性的今天，PP的阻燃改性研究就顯得十分重要了。本文從PP阻燃機(jī)理、選用不同的阻燃劑、不同熔體流動(dòng)速率的PP及填充劑等方面，研究了PP阻燃性能，分析了影響阻燃效果的諸因素。

試驗(yàn)部分

1.1 原材料：

1) 聚丙烯PP粉料

大慶華科股份有限公司聚丙烯二廠

2）阻燃劑TBAB

連云港海水化工廠

3）阻燃劑DBOPO

美國(guó)大湖公司

4）三氧化二銻Sb2O3

湖南益陽(yáng)銻品廠

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

1）高速混合機(jī)（SHR-10A）

張家港大江機(jī)械有限公司

2）雙螺桿造粒機(jī)組（TE-35）

南京科亞股份有限公司

3）注塑機(jī)（G95）

大連華大機(jī)械有限公司

1.3 試驗(yàn)工藝流程

結(jié)果分析與討論

2.1 阻燃機(jī)理

材料的阻燃性，通常通過(guò)氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機(jī)理實(shí)現(xiàn)。抑制促進(jìn)燃燒反應(yīng)鏈增長(zhǎng)的自由基而發(fā)揮阻燃功能的是氣相阻燃；在固相中延緩或阻止高聚物熱分解的起阻燃作用的為凝聚相阻燃；將聚合物燃燒產(chǎn)生的熱量帶走而導(dǎo)致的阻燃，屬于中斷熱交換阻燃。

2.2 鹵系阻燃劑對(duì)PP的阻燃機(jī)理

應(yīng)用廣泛的鹵-銻協(xié)同體系主要是增長(zhǎng)自由基抑制終止燃燒反應(yīng)鏈的氣相阻燃。以溴系阻燃劑為例，溴系阻燃劑在燃燒溫度下分解產(chǎn)生可以捕捉自由基的Br?，并與聚丙烯受熱分解產(chǎn)生的H?反應(yīng)，生成HBr，HBr具有捕獲HO?自由基的能力，使之轉(zhuǎn)化為低能量的Br?自由基和H2O，Br?與材料降解產(chǎn)生的H?反應(yīng)，再生成HBr，如此循環(huán)往復(fù)，從而達(dá)到終止大分子鏈降解反應(yīng)的作用。銻系阻燃劑如Sb2O3本身阻燃效果不好，但是作為含鹵阻燃劑的輔助阻燃劑協(xié)同使用，可使阻燃體系的阻燃效果大大提高，其作用機(jī)理是兩者并用發(fā)生反應(yīng)，在材料表面生成SbBr3和SbOBr，這兩種物質(zhì)受熱升華為不燃、較重的SbBr3和SbOBr氣體，起到?jīng)_淡可燃?xì)怏w和阻隔氧的作用，同時(shí)其揮發(fā)又可吸收大量的熱量，降低材料的表面溫度，發(fā)揮多種阻燃效果的作用，使材料達(dá)到阻燃的目的。

2.3 阻燃劑的選擇

從PP氧指數(shù)角度而言，不同類型的鹵素貢獻(xiàn)是不同的，一般情況，脂肪族和脂環(huán)族溴大于脂環(huán)族氯，更大于芳香族溴見(jiàn)圖1：

采用某些分子內(nèi)同時(shí)含有脂肪族及芳香族的溴的阻燃劑處理PP時(shí)，可制得雖然燃燒能產(chǎn)生滴落但仍能通過(guò)UL-94 V-0級(jí)的阻燃PP。從上圖來(lái)看并不是阻燃劑用量越多阻燃效果越好，達(dá)到一定比例后有的阻燃劑阻燃效果就不隨阻燃劑的增加而增強(qiáng)了。

應(yīng)注意的是選擇的阻燃劑熱分解溫度應(yīng)低于聚丙烯的熱分解溫度。這樣，在聚丙烯受熱分解之前阻燃劑提前分解，產(chǎn)生可捕捉自由基的游離基和不燃物質(zhì)，持續(xù)捕捉或包圍大分子周圍，以達(dá)到阻燃效果。但不是越低越好，其熱分解溫度應(yīng)高于聚丙烯的加工溫度，否則在材料加工成型時(shí)就會(huì)提前分解，使阻燃效能大大降低，同時(shí)分解出的物質(zhì)（如HBr）還會(huì)腐蝕加工設(shè)備和污染環(huán)境。而且此加工溫度距阻燃劑的分解溫度，有較大間隔為好。以十溴聯(lián)苯醚DBOPO及四溴雙酚A(2、3二溴丙基)醚TBAB為例，二者的特性見(jiàn)表1：

表1 TBAB與DBOPO的特性

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，TBAB的阻燃效果好于DBOPO（相同含量），當(dāng)TBAB使用2份時(shí)，氧指數(shù)為27%，垂直燃燒FV-2級(jí)；而DBOPO加到8份的用量，才能達(dá)到FV-2級(jí)，氧指數(shù)僅為25%。這是因?yàn)榫郾┑臒岱纸鉁囟仍?20℃左右，TBAB的熱分解溫度為270℃，PP受熱分解時(shí)，TBAB已分解，溴產(chǎn)生可以捕捉自由基的Br?，并與PP受熱分解產(chǎn)生的H?反應(yīng)，生成HBr，充分捕捉HO?自由基終止了鏈反應(yīng)；而DBOPO的熱分解溫度為425，PP受熱分解時(shí)，DBOPO尚未分解，不能有效分離自由基Br?，也就不能有效發(fā)揮阻燃效用了。

另外選擇阻燃劑時(shí)要考慮其在加工溫度范圍內(nèi)的狀態(tài)，最好是熔化狀態(tài)，這樣有利于提高系統(tǒng)的熔體流動(dòng)性，因而在燃燒時(shí)，由于表面熔體的流動(dòng)和滴落，能帶走一部分熱量，有利于材料的自熄。還是以TBAB及DBOPO為例，上個(gè)例子中說(shuō)明了TBAB的阻燃效果好于DBOPO，還有個(gè)原因是TBAB的熔點(diǎn)為85-90℃，PP的加工溫度為190-210℃，此時(shí)TBAB處于熔化狀態(tài)，能夠在材料燃燒時(shí)，隨著熔體流動(dòng)滴落，帶走了部分熱量；DBOPO的熔點(diǎn)為285℃，在PP的加工溫度區(qū)間內(nèi)處于固體狀態(tài)，會(huì)抑制熔體的流動(dòng)，因而通過(guò)熔體的流動(dòng)和滴落帶走的熱量就少。

2.4 PP熔體流動(dòng)性能的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，不同熔體流動(dòng)速率（MFR）的PP表現(xiàn)的阻燃性也不同。分別以MFR為3.2的PP-1與MER為15的PP-2做載體，添加相同份數(shù)的阻燃劑，MFR大的PP的氧指數(shù)大于MFR小的PP，這是由于MFR大的PP在燃燒時(shí)，更易發(fā)生熔體流動(dòng)與滴落，帶走更多的熱量，更有利于材料的阻燃。

2.5 滑石粉的影響

為了改善PP的某些性能或者降低成本，需要在PP中添加無(wú)機(jī)填料如滑石粉、碳酸鈣等。但它們有時(shí)會(huì)干擾鹵系阻燃劑的性能，影響PP的阻燃性。PP中加入滑石粉可消除融滴而使材料達(dá)到UL94 V-0級(jí)，但PP的氧指數(shù)下降明顯，見(jiàn)圖2。

1、趙敏，改性聚丙烯新材料 北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002，582-590

2、崔永巖. 聚丙烯的阻燃及影響因素的研究 塑料工業(yè) 2002 第2期 48-49

factors that affect Flame Retardant Properties of PP

Tianxing Liyong
(Daqing Huake Company Limited,Daqing,163316)

The aitical mainly research the factors that affect the material properties of polypropylene. From the selection of fl ame retardants, the choice of fl ame retardants from its thermal decomposition temperature, melting point must match with polypropylene’s thermal decomposition temperature and melting point . At the same time, the PP melting fl ow rate , talcum powder infl uence on Flame retardancy of polypropylene degree, were analyzed.

Thermal decomposition temperature; Melting point; Melting fl ow rate; Processing temperature

田星，女，出生于 1973年，1995年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1997年在化工企業(yè)從事生產(chǎn)管理工作。