添加阻燃劑的方法是在PET基體中加入適當種類(lèi)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(shí)的氣相或(和)凝聚相阻燃作用來(lái)提高PET的阻燃性能。其優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單,成本較低,能夠方便靈活地調節所得PET的阻燃性能和阻燃級別,滿(mǎn)足各種實(shí)際應用的需要,因而是目前應用較廣泛的一種方法。其存在的主要問(wèn)題是這些小分子化合物阻燃劑大多數阻燃效率較低,添加量大,在賦予PET阻燃性能的同時(shí)往往會(huì )對材料的加工性能和力學(xué)性能產(chǎn)生負面影響。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(guò)程中阻燃劑可能會(huì )從PET中遷移和析出,影響到制品的外觀(guān)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、熱穩定性的溴化芳香族阻燃劑。但是自20世紀80年代以來(lái),人們發(fā)現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),其中后者具有強致癌作用,關(guān)于這一問(wèn)題的風(fēng)險評估仍在研究之中,許多國家并沒(méi)有采取措施加以限制。目前國內阻燃PET生產(chǎn)廠(chǎng)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T(mén)DBPPE在同一分子內含有溴和磷,具有鹵-磷協(xié)同效應,而且磷在PET中的阻燃效率*。用TDBPPE制造阻燃PET時(shí),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PET時(shí),銻酸鈉與TDBPPE間存在對抗作用,可明顯降低材料的氧指數及阻燃性。例如,用15% TDBPPE與5%銻酸鈉制造阻燃30%玻纖增強PET時(shí),材料的氧指數為29.4%,UL阻燃等級為V- 2級(1.6mm),燃燒時(shí)間為5.1s。但如果以5%的TDBPPE取代原配方中的5%銻酸鈉,則材料的氧指數提高至36.5%,阻燃性達V- 0級,燃燒時(shí)間降為0.1s。對PET阻燃材料的氧指數而言,添加TDBPPE的效果是比較好的。但作為磷酸酯類(lèi)添加型阻燃劑也有不足,主要是磷酸酯類(lèi)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(kāi)發(fā)具有優(yōu)良耐熱性和相容性、易于使用等優(yōu)點(diǎn)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(kāi)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(wú)機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(diǎn)。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(wèn)題,從而使紅磷在實(shí)際應用中發(fā)揮了重要的作用。在再生的PET塑料中加入質(zhì)量分數為5%的微膠囊紅磷,與無(wú)機阻燃劑協(xié)同添加,結果極限氧指數(LOI)達到35.5。隨著(zhù)紅磷阻燃劑的發(fā)展,白度化微膠囊紅磷阻燃劑的開(kāi)發(fā)克服了紅磷阻燃劑在材料中應用的顏色限制,由于其具有與樹(shù)脂相容性好、在使用過(guò)程中不泛紅、阻燃效率高、毒性小等優(yōu)點(diǎn),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(lái)的磷系無(wú)機阻燃劑,由于它含磷量高、含氮量多,且具有熱穩定性好、水溶性小、阻燃效力大等優(yōu)點(diǎn),因此在許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。但APP高溫下受熱分解產(chǎn)生小分子化合物,難以滿(mǎn)足熱塑性在較高溫度下加工的要求,因此,近年來(lái)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,目前應用的含氮阻燃劑主要包括三大類(lèi):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(chǎng)中有發(fā)展潛力的品種。關(guān)于氮系阻燃劑的阻燃機理,通常認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(shí)由于PET有含氮阻燃劑的存在,燃燒時(shí)還能與空氣中氧氣反應生成二氧化碳、水和含氮氧化物,在消耗材料表面氧氣的同時(shí),達到良好的阻燃效果。氮系阻燃劑的主要優(yōu)點(diǎn)是阻燃、不含鹵素、無(wú)腐蝕作用等。
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