orui系列膨胀阻燃剂在聚丙烯中的应用

orui系列膨胀阻燃剂在聚丙烯中的应用

20世纪80年代，有使用亲水聚氯乙烯的夸张阻滞剂。用于亲水聚丙烯的填充阻滞剂主要是磷酸和氮化合物及其复合系统。然而和含卤阻燃剂相比,传统的膨胀阻燃剂也有许多缺点,影响膨胀阻燃剂在聚丙烯中应用。为此,本实验经过多年的技术研发,目前已经成功开发出以三嗪类大分子成炭发泡剂(CFA)为核心的OrientIFR系列膨胀无卤阻燃剂产品。以三嗪类大分子成炭发泡剂(CFA)这一新型炭源,来代替传统的季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、季戊四醇磷酸盐等炭源,并与其他助剂复配而成,解决了传统的膨胀阻燃剂阻燃效率低、热稳定性低、低耐水性、易迁移等缺点。以OrientIFR系列膨胀无卤阻燃剂制得阻燃材料,具有密度小、发烟量低、对模具腐蚀小、优异的耐迁移性和耐析出性,燃烧过程中不产生二噁英和卤酸气体。OrientIFR系列膨胀无卤阻燃剂适用于绝大多热塑性塑料,尤其是适合应用在聚丙烯中,是一种有发展潜力的新型膨胀阻燃剂。1实验部分1.1主要原材料1.1.1苯基材料1.1.2润特科技公司OrientIFR-P601、OrientIFR-P602、OrientIFR-P603:黑龙江省润特科技有限公司;抗滴落剂:1645,美国3M公司;润滑剂:成都同力助剂有限公司。1.2注塑机、仪和仪器高速粉碎机:SHR-10A,张家港市通沙塑料机械有限公司;同向双螺杆挤出机:SHJ-72,南京杰亚挤出装备有限公司;注塑机:HFT86X1,宁波海天机械有限公司;氧指数仪:JF-3,江苏省江宁县分析仪器厂;水平垂直燃烧测定仪:CZF-3,江苏省江宁县分析仪器厂;灼热丝试验仪:ZRS-2,上海埃微电子科技有限公司。1.3阻燃聚丙烯配方将OrientIFR系列膨胀阻燃剂、助剂及聚丙烯树脂在高混机中混合均匀,即制备成阻燃聚丙烯配料。将制得的阻燃聚丙烯料在双螺杆挤出机上挤出造粒,然后在注塑机制得标准样条。1.4性能试验和表现垂直燃烧性能测试:按照UL94测试;灼热丝试验:按照GB/T5169.10—2011测试;耐水性测试:按照UL746C标准测试。2结果与讨论2.1不同型号聚丙烯阻燃剂对纤维阻燃效率的影响在不同型号的聚丙烯当中添加Orient系列阻燃剂后,材料的垂直燃烧性能,实验结果如表2所示。由表2可以看出,1)在同种型号的聚丙烯中,阻燃材料通过1.6mmUL94V-0级,不同牌号的阻燃剂,所需阻燃剂添加量是不同的,其中P602阻燃剂添加量是最少的,比其他阻燃剂的质量分数要少1%～2%,例如在M2600R中仅仅添加28%,1.6mm样条就可以通过UL94V-0级。由此可以看出,在Orient系列膨胀阻燃剂中,OrientIFRP602的阻燃效率是最高的。2)在不同型号的聚丙烯中,添加同一种牌号的阻燃剂,材料通过1.6mmUL94V-0级所需阻燃剂添加量是不同的,例如P601在T30S中仅仅需要添加20%,就可以通过1.6mmUL94V-0级,而在M2600R中需要添加30%。通过了解不同型号聚丙烯的性质,实验发现,当熔体质量流动速率大于4g/10min时,随着熔体质量流动速率的增大,阻燃剂的添加量增大;当熔体质量流动速率小于4g/10min时,熔体质量流动速率大的树脂阻燃剂添加量反而低,但聚丙烯结构有所差别。综上所述,不同型号聚丙烯的结构和熔体质量流动速率的差别,都会影响阻燃剂添加量。2.2抗滴落剂的添加对低熔体质量流动速率的影响从上面的研究发现,聚丙烯的熔体质量流动速率对阻燃剂的添加量有一定影响,这可能是由于熔体质量流动速率高和比较薄的样条在做UL94试验时,样条易熔滴造成的,所以接下来的实验,向OrientIFR/PP材料中加入质量分数为0.1%的的抗滴落剂,讨论抗滴落剂对阻燃性能的影响。从表3和表4对比可以看出,加入质量分数为0.1%的抗滴落剂后,对于低熔体质量流动速率(小于4g/10min)的聚丙烯来说,没有什么影响,1.6mm样条通过UL94V-0级的添加量没有变化,而对于高熔体质量流动速率(大于4g/10min),和未加抗滴落剂相比,1.6mm样条通过UL94V-0级所需的阻燃剂的添加量减小。另外,实验以P602阻燃剂为例,也做了比较薄的0.8mmUL94性能试验,在阻燃剂添加量一定的情况下,发现添加0.1%的抗滴落剂后,能通过UL94V-0级,而不添加抗滴落剂的,仅仅只能通过UL94V-2或者没有级别。因此抗滴落剂的添加,提高了高熔体质量流动速率的聚丙烯和比较薄的样条的阻燃性能。这是因为膨胀阻燃剂的阻燃机理是材料在燃烧过程中,表面形成一层致密的炭层,起到隔热隔氧的作用,使火焰自熄,而高熔体质量流动速率和比较薄的样条,在燃烧过程,熔体强度比较低,阻燃材料刚刚熔化就熔滴了,膨胀阻燃剂的阻燃效应还没有彻底发挥,所以造成阻燃剂添加量的不同,和比较薄的样品很难通过UL94V-0级,而抗滴落剂提高了熔体强度,保证了膨胀阻燃剂在没熔滴之前发挥效应,提高了材料的阻燃性能。2.3p603阻燃剂用量对土壤阻燃性能的影响IFR-P603是一种具有高耐水性的膨胀无卤阻燃剂。与OrientIFR-P601/602相比,本产品具有更高耐水性和分散性。以OrientIFR-P603制得阻燃PP,具有优异的耐迁移性和耐析出性,水煮后的制品外观光亮,并且厚度为0.8mm的制品也能通过UL94V-0级。下面实验以T30S树脂为例,向T30S中添加不同量的P603阻燃剂,进行UL746C试验(70℃×168h),测定水煮后的阻燃性能变化。实验结果如表5。P603在T30S中的阻燃效率是很高的,当P603阻燃剂仅仅添加16%时,3.2mm样条就可以通过UL94V-0。添加20%,1.6mm样条就可以通过UL94V-0。添加26%,0.8mm样条就可以通过UL94V-0。经过70℃×168h水煮后,P603阻燃剂添加18%时,3.2mm样条就可以通过UL94V-0。添加22%,1.6mm样条就可以通过UL94V-0。添加30%,0.8mm样条就可以通过就可以通过UL94V-0。这说明水煮后阻燃材料的阻燃性能下降,这是膨胀阻燃剂是的普遍缺点,但P603阻燃剂和其他膨胀阻燃剂相比,水煮后阻燃性能下降幅度很小,而传统的膨胀阻燃剂,水煮后阻燃性能完全丧失,不是单一调整阻燃剂添加量所能弥补的,而P603仅仅需要小幅度提高阻燃剂添加量就能,通过UL746C试验,这是其他膨胀阻燃剂无法相比的优势。2.4阻燃剂的耐燃性表6是OrientIFR系列阻燃剂在不同型号聚丙烯中灼热丝试验的结果。从实验结果发现,在不同型号的聚丙烯中,仅仅需要添加很少量的阻燃剂,就可以通过灼热丝试验。例如P601阻燃剂仅仅需要添加25%,都可以通过灼热丝试验,而现在市场上现有的膨胀阻燃剂,几乎都需要添加30%以上才能通过,这说明OrientIFR系列阻燃剂有很好的耐燃性。另外,在不同型号的聚丙烯中,通过灼热丝试验,所需要的阻燃剂的添加量几乎没有什么变化,这说明聚丙烯的型号对灼热丝试验影响不大。3抗滴落剂的添加量OrientIFR系列膨胀阻燃剂是一种高效的膨胀阻燃剂,添加19%～31%,1.6mm样条就可以通过UL94V-0级,聚丙烯的结构和熔体质量流动速率对阻燃剂的添加量有一定的影响。少量的抗滴落剂可以提高高熔体质量流动速率的聚丙烯和比较薄的样条