提高尼龍阻燃性的方法技巧

尼龍學(xué)名聚酰胺(PA)，是指分子主鏈上含有酰胺基團(tuán)(—NHCO—)的聚合物，由二元胺和二元酸通過縮聚反應(yīng)制得。密度1.15g/cm3，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品種多，產(chǎn)量大，應(yīng)用廣泛，主要品種有PA6，PA66，PA610，PA1010，PA11，PA12等，普遍具有力學(xué)性能、耐磨性、耐化學(xué)藥品性、耐油性良好等優(yōu)點(diǎn)。但是PA易燃性是其應(yīng)用的最大障礙。

為了提高PA的阻燃性能，國內(nèi)外研究學(xué)者對其阻燃改性做出大量研究，開發(fā)出多種性能優(yōu)異的產(chǎn)品。巴斯夫研發(fā)出全球首款半結(jié)晶聚酰胺，其具有優(yōu)異的耐紫外線、耐高溫、耐刮擦、阻燃性能。下面介紹幾種提高尼龍阻燃性的方法。

01

加入氮系阻燃劑

氮系阻燃劑主要成份為三聚氰胺，具有毒性小、腐蝕性小、阻燃效率高、與助劑不沖突等優(yōu)點(diǎn)，單獨(dú)使用就能使PA達(dá)到UL94V–0級。氮系阻燃劑受熱分解后，會(huì)帶走部分熱量，降低PA表面溫度。

從氣相角度分析，分解易放出氨氣、氮?dú)?、氮氧化物、水蒸氣等不燃?xì)怏w，稀釋可燃、助燃性氣體濃度，阻礙PA內(nèi)部進(jìn)一步燃燒。

從凝聚相角度分析，PA材料降解提前，促進(jìn)殘?zhí)可桑鸬奖Ｗo(hù)基體內(nèi)部作用。氮系阻燃劑主要有三聚氰胺氰脲酸鹽(MCA)、三聚氰胺聚磷酸鹽(MMP)、氨基磺酸胍(GAS)。

02

加入磷系阻燃劑

磷系阻燃劑阻燃作用主要體現(xiàn)在燃燒初期，生成沸點(diǎn)可達(dá)300℃的含氧酸，減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃?xì)怏w濃度，生成炭層隔絕外界助燃?xì)怏w和熱量，表現(xiàn)出良好的阻燃效果。

磷系阻燃劑在氣相中可作為自由基捕捉劑，燃燒可形成P?和PO?自由基，捕捉火焰中的活潑自由基OH?和H?，稀釋可燃?xì)怏w的濃度，起到抑制火焰的作用；在固相中主要通過含氧酸催化成炭，形成致密而連續(xù)的炭層，充當(dāng)屏障阻礙熱、基體降解產(chǎn)物的擴(kuò)散來阻燃。

有機(jī)磷阻燃劑除了單獨(dú)使用，還可以使用紅磷阻燃劑，也可達(dá)到優(yōu)異的阻燃效果。

03

加入無機(jī)阻燃劑

常見的無機(jī)阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鈣、氫氧化鎂等，無毒、低煙、低成本等優(yōu)點(diǎn)使其在塑料阻燃方面應(yīng)用廣泛。

其阻燃機(jī)理為吸收燃燒區(qū)大量熱量，使燃燒區(qū)溫度降至臨界燃燒溫度以下；受熱分解產(chǎn)生高熔點(diǎn)金屬氧化物，覆蓋于燃燒固相表面形成保護(hù)層，延緩熱傳導(dǎo)；同時(shí)分解產(chǎn)生大量水蒸氣，可稀釋可燃性氣體，達(dá)到阻燃的效果。

除了常見的金屬氧化物可作為無機(jī)阻燃劑，還發(fā)現(xiàn)勃姆石(BM)具有相同的阻燃原理。近年來，納米技術(shù)帶動(dòng)阻燃PA的發(fā)展，此方面研究日益增多。納米材料自身的片層結(jié)構(gòu)或形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可在燃燒過程中起到有效的阻隔作用，延緩可燃、助燃性氣體逸出。

04

加入?yún)f(xié)同阻燃劑

單獨(dú)使用阻燃劑存在一系列問題，如含氮、含磷阻燃劑與基體相容性差、分布困難，含磷阻燃劑AHP易產(chǎn)生磷化氫引起火災(zāi)；反應(yīng)型阻燃劑工藝復(fù)雜、成本高；無機(jī)阻燃劑添加量大，降低材料力學(xué)性能，且燃燒后形成炭層不連續(xù)。

為降低上述問題發(fā)生的幾率，將各類阻燃劑復(fù)配應(yīng)用于阻燃PA，復(fù)配后阻燃劑成本及污染都降低、阻燃效率提高。常見的復(fù)配體系為含磷阻燃劑與無機(jī)材料。

05

加入反應(yīng)型阻燃劑

反應(yīng)型阻燃劑多為芳基氧化膦衍生物、磷菲類磷酸酯、9，10-二氫-10-[2，3-二酮基丙基]-10-磷雜菲-10-氧化物等，作為單體可參與PA聚合反應(yīng)，將阻燃基團(tuán)引入PA高分子鏈結(jié)構(gòu)中，在不犧牲PA力學(xué)性能的前提下，具有阻燃效果明顯、阻燃持久性高等優(yōu)點(diǎn)。

反應(yīng)型阻燃劑含有多個(gè)苯環(huán)和N—P結(jié)構(gòu)，苯環(huán)可增大PA主鏈內(nèi)旋位阻，提高材料熱穩(wěn)定性；N—P結(jié)構(gòu)斷裂可產(chǎn)生含氮、含磷化合物，含氮化合物分解產(chǎn)生NH3及H2O，促進(jìn)PA發(fā)泡；含磷化合物受熱形成聚偏磷酸，促進(jìn)成炭，成炭后就對PA有阻燃作用。