無鹵膨脹型阻燃劑在聚丙烯中的應用研究

張國輝

（大慶華科股份有限公司 163316）

無鹵膨脹型阻燃劑在聚丙烯中的應用研究

張國輝

（大慶華科股份有限公司 163316）

通過對比實驗研究了兩種新型氮磷體系膨脹型阻燃劑（PN－201、ANTI-6）對聚丙烯(PP)阻燃性能及力學性能的影響。結果表明：在PP中添加PN－201型阻燃劑23%有明顯的成炭作用，可以獲得良好的阻燃效果，又使PP具有優越的綜合性能，阻燃PP材料的熱穩定性也得到了提高。

聚丙烯；無鹵阻燃；膨脹型阻燃劑

前言

聚丙烯(PP)具有絕緣性好、耐熱性好、密度小等優點,在電子、機械、日用品等行業中被廣泛使用。但由于它是碳氫類材料,易著火燃燒,使其在建筑和機械工業中的應用受到很大限制。目前對聚丙烯最有效的阻燃劑是鹵系阻燃劑，但是其燃燒時會產生大量的黑煙和有毒致癌物質，嚴重的危害人們的健康和生命安全。為了保護環境和人類的健康，歐盟出臺了《關于在電子電氣設備中限制使用某些有害物質指令》（簡稱RoHs指令），被我國家電業稱為“歐盟綠指令”。“綠指令”將家電產品的綠色、環保門檻再度加高。對我國而言，我國家電業所用的阻燃劑仍以含鹵阻燃劑為主。為此，2003年歐盟向中國發出貿易通牒，如果到2006年，中國還不能按歐盟RoHs指令使家用電器外殼材料達到歐盟要求，那么，歐盟將停止進口中國相關產品。由此，我國每年將損失2500億元的相關產品的出口收入。因此，尋找無鹵阻燃劑是阻燃研究的主要趨勢。PP的無鹵阻燃劑主要分為無機阻燃劑和有機阻燃劑。無機阻燃劑有金屬氫氧化物，如氫氧化鋁、氫氧化鎂。但其存在添加量大，極大降低PP的力學性能等缺點。所以有機氮磷體系無鹵膨脹型阻燃劑以其添加量較少且對PP的力學性能影響較小、綜合性能較好，近年來越來越受到重視。

1 實驗

1.1 原料

聚丙烯（PP）,MI8-10 g/10min,華科聚丙烯二廠；無鹵阻燃劑PN-201,河南濮陽誠科化工有限公司；無鹵阻燃劑ANTI-6，上海海以工貿有限公司；抗氧劑1010、168，營口風光助劑廠。

1.2 主要設備（見表1）

1.3 工藝流程

配料混合→擠出造粒→注塑成型→放置→測試

1.4 性能測試

氧指數、垂直燃燒測試按GB/T 2406-93進行

拉伸強度測試按GB1040-79進行；

沖擊強度測試按GB1039-79進行。

表1：實驗所需設備

表2：PN-201填加量對聚丙烯燃燒性能的影響

表3：PN-201填加量對聚丙烯力學性能的影響

表4：ANTI-6填加量對聚丙烯燃燒性能的影響

表5：ANTI-6填加量對聚丙烯力學性能的影響

2 結果與討論

2.1 無鹵阻燃劑PN-201對聚丙烯性能的影響

2.1.1 無鹵阻燃劑PN-201對聚丙烯燃燒性能的影響

將PN-201按不同配比量進行阻燃實驗。不同阻燃劑含量對PP燃燒性能的影響見表2。

從表2可見，隨著阻燃劑PN-201用量的增加，阻燃PP的燃燒級數逐漸變化，氧指數逐漸變大，但是當阻燃劑PN-201用量大于23%以后，氧指數達到33以上，同樣燃燒級數也達到V-0級，且無滴落現象。這是因為在膨脹阻燃PP體系中，PN-201的加入使體系在燃燒過程中形成一種更加致密的炭層，對氧、熱等起到阻礙作用。所以為保持PP良好的綜合性能，在保證達到燃燒性能要求的基礎上，最好選用23%左右的阻燃劑。

2.1.2 無鹵阻燃劑PN-201對聚丙烯力學性能的影響

表3是PN-201用量對PP阻燃材料力學性能的影響。從表3中所列數據可以看出，隨著阻燃劑PN-201用量的增加，拉伸強度逐漸下降，但下降變化幅度不大。當燃燒性能達到V-0級時，PN-201在PP中的含量為23%，從表中可以看出，在該配比下，其拉伸強度也達到29MPa以上。PN-201用量對PP阻燃材料的韌性影響比較大，隨著PN-201用量的增加，PP阻燃材料的沖擊強度逐漸降低，當 PN-201含量超過23%時，沖擊強度下降的最大。所以阻燃PP材料中PN-201含量為23%時，各項性能都比較不錯。隨著阻燃劑含量的增加，PP阻燃材料的熔融指數也隨之增加，可見阻燃劑的流動性比較好。

2.2 無鹵阻燃劑ANTI-6對聚丙烯性能的影響

2.2.1 無鹵阻燃劑ANTI-6對聚丙烯燃燒性能的影響

在相同加工工藝條件下，將ANTI-6按不同配比量進行對比阻燃實驗。不同阻燃劑含量對PP燃燒性能的影響見表4。從表4可以看出，同樣達到V-0級阻燃要求，ANTI-6的添加量要達到30%，高于PN-201的23%。

2.2.2 無鹵阻燃劑ANTI-6對聚丙烯力學性能的影響

表5是ANTI-6用量對PP阻燃材料力學性能的影響。從表5中可以看出由于ANTI-6的添加量要大于PN-201，所以PP阻燃材料的拉伸強度和沖擊強度都要低于PN-201填充體系。

3 結論

在同樣達到V-0級阻燃要求時，PN-201的添加量要低于ANTI-6的添加量，PN-201的綜合性能更佳。PN-201體系通過了放大生產，生產過程穩定，未發生水解發泡現象。

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張國輝：男，1979年8月，化工研發工程師，2001年齊齊哈爾大學高分子材料與科學工程專業畢業。現大慶華科股份有限公司科技開發分公司從事科研工作，先后擔任阻燃PP系列專用料、阻燃ABS系列專用料、高光澤PP專用料項目負責人。2004年其負責的《高光澤PP專用料》項目獲大慶市優秀新產品獎，2005年其負責的《電子電器阻燃聚丙烯專用料》項目獲黑龍江省優秀新產品二等獎，2006年其負責的《PC/ABS合金材料》項目獲大慶市政府科技進步一等獎。