磷-氮系膨脹阻燃劑阻燃聚丙烯耐水性能研究

劉平平，李方舟，于曉璐，黃兆閣

（青島科技大學，山東　青島　266042）

磷-氮系膨脹阻燃劑阻燃聚丙烯耐水性能研究

劉平平，李方舟，于曉璐，黃兆閣*

（青島科技大學，山東青島266042）

通過研究磷-氮阻燃劑對阻燃聚丙烯浸水前后力學性能和阻燃性能的影響，結果表明，浸水后聚丙烯的拉伸強度、彎曲強度和阻燃性能均有所下降，簡支梁缺口沖擊強度下降幅度較大，但阻燃性能下降幅度不大。

磷-氮膨脹阻燃劑；浸水；力學性能；阻燃性能

磷、氮膨脹型阻燃劑（IFR2）是以磷、氮為主要阻燃元素的阻燃劑，由于其在燃燒過程中產生無腐蝕性氣體，具有低煙、低毒等優(yōu)點已廣泛應用于聚合物的阻燃改性。通常用的膨脹型阻燃劑主要聚磷酸胺作為酸源，在燃燒過程中促進多羥基化合物脫水成炭形成具有一定厚度的泡沫碳層覆蓋在聚合物表面來達到阻燃目的，但聚磷酸胺容易水解，用其阻燃改性后的聚丙烯材料浸水后性能往往下降較大，制約了其應用領域拓展，因此研究磷、氮膨脹型阻燃劑阻燃材料的耐水性能很有必要。

1　實驗部分

1.1原料與設備

1.1.1實驗原料

聚丙烯（PP），EPS30R，齊魯石化公司；磷-氮膨脹阻燃劑，IFR-2，青島方達化工有限公司。

1.1.2實驗設備與儀器

雙螺桿擠出機，SHJ-20，江蘇昆山科信塑料機械有限公司；塑料注射成型機，TTI-130F2，東華機械設備有限公司；電熱恒溫水浴，HHS11，北京三二八科學儀器有限公司；JF-5，南京市江寧區(qū)分析儀器廠；水平垂直燃燒測定儀，СZF-3，高鐵檢測儀器有限公司；電子拉力試驗機，TСS-2000，高鐵檢測儀器有限公司；簡支梁沖擊試驗機，7045-MDH，高鐵檢測儀器有限公司。

1.2試樣制備與性能測試

1.2.1試樣制備

（1）配方：聚丙烯100 phr，阻燃劑用量分別為0 phr、25 phr、30 phr、35 phr、40 phr。

（2）工藝流程：配料→擠出造?！稍铩⑸渲茦印阅軠y試。

（3）試樣制備條件。

造粒：采用雙螺桿擠出機擠出，一區(qū)溫度為170 ℃，二區(qū)溫度為180 ℃，三區(qū)溫度為190 ℃，四區(qū)溫度為200 ℃，五區(qū)溫度為210 ℃，機頭溫度為205 ℃，螺桿轉速為100 r/min。

干燥：在80 ℃烘箱中4 h。

制樣：各段溫度采用機頭220 ℃，一區(qū)210 ℃，二區(qū) 200 ℃，三區(qū)170 ℃。注射壓力5 MPa，保壓壓力6 MPa，保壓時間6 s，冷卻時間15 s。

1.2.2性能測試

垂直燃燒按UL-94進行，試樣厚度為3.2 mm；拉伸性能按GB/T1040.2-2006進行，A型試樣，拉伸速度50 mm/min；簡支梁缺口沖擊強度GB/T1043.1-2008/1eA進行，擺錘沖擊能量0.5 J；耐水性能測試按照UL-746С進行，將阻燃聚丙烯測試樣條放入70.0 ℃的蒸餾水中浸泡7 d，前5 d每天換一次水。浸泡完成后，將測試樣條放在23.0 ℃的蒸餾水中再浸泡0.5 h，然后立即進行力學性能測試；將進行阻燃測試的樣條在23.0 ℃，相對濕度50%的環(huán)境中進行兩周的狀態(tài)調節(jié)，然后進行阻燃測試。

2　結果與討論

2.1阻燃劑用量對聚丙烯浸水前后力學性能的影響

從表1中可以看出，隨IFR2阻燃劑用量的增加，阻燃聚丙烯的拉伸強度變化不大，彎曲強度和簡支梁缺口沖擊強度均有一定程度的下降；浸水后材料的拉伸強度變化不大，彎曲強度出現一定程度的下降，而簡支梁缺口沖擊強度急劇下降，這可能是因為一方面浸水后阻燃劑中酸源從復合體系中被抽出，形成較多微小孔洞，另一方面，70 ℃條件下浸泡168 h，對聚丙烯本身也有一定老化共同作用造成的。

表1　阻燃劑用量對阻燃聚丙烯浸水前后力學性能的影響

替換

2.2浸水前后阻燃劑用量對阻燃聚丙烯阻燃性能的影響

從表2中能夠看出，浸水實驗前，加入30份阻燃劑即可達到UL-94 垂直燃燒V-0級，而經過浸水實驗后，加入35份阻燃劑才能夠達到V-0級，這是由于阻燃劑中的有效成分呈極性，與非極性的聚丙烯相容性差。在浸水實驗過程中，阻燃劑有效成分容易從聚丙烯基體中遷移析出，致使阻燃聚丙烯中的有效阻燃成分減小，從而導致阻燃效率下降。

表2　阻燃劑用量對阻燃聚丙烯浸水前后阻燃性能的影響

3　結論

（1）浸水和阻燃劑的用量增加，阻燃聚丙烯的拉伸強度和彎曲下降都較小，幾乎沒有太多影響；隨著阻燃劑用量的增加，聚丙烯的簡支梁缺口沖擊強度出現下降趨勢，耐水后下降程度較大。

（2）從阻燃效果看IFR2具有較好的耐水解性能。

（XS-04）

Study of water resistance of Phosphorus – nitrogen based expansion fl ame retardant polypropylene

TQ325.14

1009-797X（2015）12-0050-02

B DOI：10.13520/j.сnki.rpte.2015.12.009

劉平平（1991-），女，在讀碩士研究生，研究方向高分子材料工程化與高性能化。

2014-03-09

*為通訊聯系人。