添加阻燃劑的方法是在PET基體中加入適當(dāng)種類和用量的小分子化合物阻燃劑,利用阻燃劑和基體材料在燃燒時的氣相或(和)凝聚相阻燃作用來提高PET的阻燃性能。其優(yōu)點是方法簡單,成本較低,能夠方便靈活地調(diào)節(jié)所得PET的阻燃性能和阻燃級別,滿足各種實際應(yīng)用的需要,因而是目前應(yīng)用較廣泛的一種方法。其存在的主要問題是這些小分子化合物阻燃劑大多數(shù)阻燃效率較低,添加量大,在賦予PET阻燃性能的同時往往會對材料的加工性能和力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。此外,這些阻燃劑與PET的化學(xué)組成差別較大,因此相容性較差,在加工和使用過程中阻燃劑可能會從PET中遷移和析出,影響到制品的外觀品質(zhì)和阻燃效果的持久性。
可作阻燃劑添加入PET的化合物有多種,如在PET中加入十溴二苯醚(DBDPO)可以起到良好的阻燃效果。這是因為該阻燃劑含溴量高,分解溫度大于350℃ ,是一種純度高、熱穩(wěn)定性的溴化芳香族阻燃劑。但是自20世紀(jì)80年代以來,人們發(fā)現(xiàn)DBDPO的熱解產(chǎn)物中含有多溴二苯并二惡烷(PBDD)和多溴二苯并呋喃(PBDF)兩種有毒物質(zhì),其中后者具有強(qiáng)致癌作用,關(guān)于這一問題的風(fēng)險評估仍在研究之中,許多國家并沒有采取措施加以限制。目前國內(nèi)阻燃PET生產(chǎn)廠仍廣泛使用DBDPO作主要阻燃劑。
在PET中加入磷酸三苯酯、磷酸*苯酯、磷酸三乙酯、含溴三磷酸酯(TDBPPE)等制造阻燃PET,也是采用了添加阻燃劑的方法進(jìn)行阻燃。其中TDBPPE特別適合PET的阻燃,這是因為TDBPPE在同一分子內(nèi)含有溴和磷,具有鹵-磷協(xié)同效應(yīng),而且磷在PET中的阻燃效率*。用TDBPPE制造阻燃PET時,可以與三氧化二銻并用,也可以單獨使用。用TDBPPE制造阻燃30%玻纖增強(qiáng)PET時,銻酸鈉與TDBPPE間存在對抗作用,可明顯降低材料的氧指數(shù)及阻燃性。例如,用15% TDBPPE與5%銻酸鈉制造阻燃30%玻纖增強(qiáng)PET時,材料的氧指數(shù)為29.4%,UL阻燃等級為V- 2級(1.6mm),燃燒時間為5.1s。但如果以5%的TDBPPE取代原配方中的5%銻酸鈉,則材料的氧指數(shù)提高至36.5%,阻燃性達(dá)V- 0級,燃燒時間降為0.1s。對PET阻燃材料的氧指數(shù)而言,添加TDBPPE的效果是比較好的。但作為磷酸酯類添加型阻燃劑也有不足,主要是磷酸酯類阻燃劑大多為液體,耐熱性差,揮發(fā)性大,相容性也不夠好,且阻燃劑含磷量與阻燃效果大體成正比。因此開發(fā)具有優(yōu)良耐熱性和相容性、易于使用等優(yōu)點的固體高分子量的縮聚型磷酸酯成為磷系阻燃劑是發(fā)展的趨勢。美國Monsanto公司開發(fā)的Phosgard 2XC-20就是一種非揮發(fā)性磷酸酯阻燃劑,其用于PET的阻燃取得了較好的效果。
無機(jī)磷系阻燃劑也可用于PET材料的阻燃,主要有紅磷、磷酸鹽、聚磷酸銨,屬非鹵阻燃劑,其中紅磷是一種較好的PET阻燃劑,具有添加量少、用途廣等優(yōu)點。由于紅磷只含阻燃元素,因此其比其它磷系阻燃劑效率高,特別是對PET含氧高分子材料較為有效。但普通紅磷易吸潮,放出磷化氫氣體,且與PET的相容性差,因此一般難以作為阻燃劑直接使用。而微膠囊化紅磷阻燃劑降低了紅磷的活性,解決了相容性問題,從而使紅磷在實際應(yīng)用中發(fā)揮了重要的作用。在再生的PET塑料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的微膠囊紅磷,與無機(jī)阻燃劑協(xié)同添加,結(jié)果極限氧指數(shù)(LOI)達(dá)到35.5。隨著紅磷阻燃劑的發(fā)展,白度化微膠囊紅磷阻燃劑的開發(fā)克服了紅磷阻燃劑在材料中應(yīng)用的顏色限制,由于其具有與樹脂相容性好、在使用過程中不泛紅、阻燃效率高、毒性小等優(yōu)點,因此較適合于本色阻燃PET工程塑料的生產(chǎn)。此外,磷酸鹽在熱塑性聚酯中也是一種有效的阻燃劑。其中聚磷酸銨(APP)是近年發(fā)展起來的磷系無機(jī)阻燃劑,由于它含磷量高、含氮量多,且具有熱穩(wěn)定性好、水溶性小、阻燃效力大等優(yōu)點,因此在許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但APP高溫下受熱分解產(chǎn)生小分子化合物,難以滿足熱塑性在較高溫度下加工的要求,因此,近年來采用微膠囊技術(shù)對APP進(jìn)行包覆處理,以賦予其更高的熱穩(wěn)定性和耐水性,作為PET工程塑料的阻燃劑。
氮系阻燃劑也可用于PET的阻燃,目前應(yīng)用的含氮阻燃劑主要包括三大類:三聚氰胺、雙氰胺、胍鹽及其衍生物。其中三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸和三聚氰胺磷酸酯是阻燃劑市場中有發(fā)展?jié)摿Φ钠贩N。關(guān)于氮系阻燃劑的阻燃機(jī)理,通常認(rèn)為氮系阻燃劑受熱分解后,易放出氨氣、氮氣、深度氮氧化物、水蒸汽等不燃性氣體,不燃性氣體的生成以及阻燃劑分解吸熱(包括一部分阻燃劑的升華吸熱)帶走大部分熱量,極大地降低聚合物的表面溫度。不燃性氣體起到了稀釋空氣中的氧氣和PET受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體的作用,同時由于PET有含氮阻燃劑的存在,燃燒時還能與空氣中氧氣反應(yīng)生成二氧化碳、水和含氮氧化物,在消耗材料表面氧氣的同時,達(dá)到良好的阻燃效果。氮系阻燃劑的主要優(yōu)點是阻燃、不含鹵素、無腐蝕作用等。
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