聚丙烯塑料膨脹型阻燃改性研究進展

劉春磊

摘 要：文章介紹了近年來聚丙烯塑料膨脹型阻燃劑改性研究進展，重點介紹了混合膨脹型阻燃劑、單組份膨脹型阻燃劑和改性膨脹型阻燃劑的研究現狀，并展望了膨脹型阻燃改性技術的發展趨勢。

關鍵詞：聚丙烯；膨脹型阻燃劑；改性

引言

聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂，是五大通用的塑料之一，具有良好的綜合性能，耐熱性好，耐腐蝕，電器性能優異而被廣泛應用于汽車產業、電子產品、家用電器、工業建設等領域，發展速度居通用塑料之首[1]。然而聚丙烯的極限氧指數（LOI）只有17.5左右，屬于易燃物質，而且燃燒過程中伴隨著熔融、滴落等現象，導致大量煙霧的產生，火焰傳播速度快，聚丙烯易燃的缺點極大地限制了其應用[2]。因此，能夠賦予聚丙烯塑料阻燃性能對于聚丙烯塑料的應用具有重要的意義。

膨脹型阻燃劑（IFR）是一種綠色環保的阻燃劑，不含鹵素，不采用氧化銻為協同劑，體系具有自身協同作用，含膨脹型阻燃劑的塑料在燃燒時表面會生成炭質泡沫層，具有隔熱、隔氧、抑煙、防滴的作用，具有優良的阻燃性能，且低煙、低毒、無腐蝕性氣體產生，符合保護生態環境的要求，已經成為國內外最為活躍的阻燃劑研究領域。

1 膨脹阻燃劑（IFR）的阻燃機理

膨脹阻燃劑有三個基本元素，即氣源、炭源和酸源，酸源也稱為脫水劑或碳化促進劑，酸源須能夠使含碳多元醇脫水，酸源釋放酸須在較低溫度進行，炭源是形成泡沫炭化層的基礎，炭源的有效性與碳含量及活性羥基的數量有關，氣源是發泡源，發泡劑必須在適當的溫度分解，并釋放出大量的氣體。膨脹型阻燃劑受熱時，炭化劑在酸源的催化作用下脫水成炭，碳化物在氣源膨脹劑分解的氣體的作用下，形成膨松有閉孔結構的炭層。這種炭層，本身不燃燒，同時還能夠削弱聚合物與熱源之間的熱傳遞，還能夠阻燃氣體擴散，一旦燃燒得不到足夠的氧氣或者燃料，燃燒的聚合物就會熄滅。

2 膨脹阻燃劑的類型的概述

2.1 混合膨脹型阻燃劑

混合膨脹型阻燃劑中常用的酸源為多聚磷酸銨、磷酸二氫銨等，氣源為三聚氰銨、尿素等，炭源為季戊四醇及衍生物、淀粉酚醛樹脂等，其中混合膨脹型阻燃劑的研究主要集中在三聚氰胺/季戊四醇/多聚磷酸銨阻燃體系，但是由于多聚磷酸銨和季戊四醇的熱穩定性不足，季戊四醇的水溶性強，多聚磷酸銨吸濕性較強，制備的阻燃聚丙烯塑料防潮性能差，直接將三聚氰胺、多聚磷酸銨和季戊四醇混合制備混合膨脹型阻燃體系，不能滿足聚丙烯塑料的加工性能、化學穩定性或者使用性能的要求。因此，研究者對混合氮-磷類膨脹型阻燃聚丙烯復合材料進行了較多的改性研究。

為了改進聚丙烯膨脹阻燃復合材料的防潮性能，蘆[3]等研究了（乙烯/乙酸乙烯酯）共聚物（E/VAC）對膨脹型阻燃劑進行包覆微膠囊化，即提高了IFR阻燃聚丙烯的防潮性，又改善了IFR與聚丙烯的相容性。Wu等[4]的方法制備了以淀粉三聚氰胺甲醛樹脂為殼，以多聚磷酸銨為核的核/殼結構的膨脹阻燃劑，提高了聚丙烯塑料的阻燃性能和防潮性能。

2.2 單組分膨脹型阻燃劑

單組分膨脹型阻燃劑是采用分子設計的原理，含有膨脹阻燃劑三個基本元素的小分子通過分子設計合成含有三種組分的大分子，這種阻燃劑集氣源、碳源和酸源于同一分子內，能夠顯著提高塑料的阻燃效果，改善了膨脹型阻燃劑與聚丙烯的相容性問題。

周箭等[5]合成了一種單組份的IFR阻燃劑b-MAP，b-MAP為2，4，8，10-四氧-3，9-二磷螺環[5，5]十一烷-3，9-二氧-3，9-二三聚氰胺鹽，該阻燃劑與聚丙烯的相容性良好，b-MAP的添加量為25%時可以使聚丙烯的氧指數為29.0%，UV94阻燃等級達到V-0級。Song Ping等[6]合成了一種新型的低聚磷氮型膨脹型阻燃劑PDBPP，PDBPP為聚（4，4-二氨基-二苯甲烷-O-雙環季戊四醇磷酸酯-磷酸酯，研究結果表明，30%PDBPP/聚丙烯體系的氧指素微28%，PHRR（峰值熱釋放速率）比純聚丙烯減少60%，大大提高到了聚丙烯塑料的阻燃性能。

2.3 其他膨脹型阻燃劑

李瑩等[7]制備了一種膨脹型阻燃劑/有機蒙脫土（OMMT）/聚丙烯阻燃復合材料，采用熔融插層法制備，研究了有機蒙脫土對聚丙烯膨脹阻燃體系的影響，結果表明有機蒙脫土與膨脹阻燃體系具有明顯的協同阻燃效果，當OMMT添加量為2份時，復合材料的氧指數達到31%，當加入3份OMMT，膨脹阻燃劑為22份時，復合材料彎曲強度，拉伸強度以及沖擊強度均達到了最大值。

應宗榮等[8]以LTEG（低溫可膨脹石墨）作為膨脹型阻燃劑制備了PP基阻燃復合材料，研究結果表明，普通可膨脹石墨（EG）對聚丙烯阻燃效果一般，而低溫可膨脹石墨對聚丙烯的阻燃效果非常有益，用量為15%時，復合材料的氧指數達到27%，具有很好的阻燃能力，而且膨脹溫度低、膨脹速度快。研究者還先后嘗試了可膨脹石墨與季戊四醇、氫氧化鎂、微膠囊化紅磷并用時，阻燃效果可大大提高。

3 結束語

目前膨脹型阻燃改性PP還存在添加量大、相容性、吸濕、穩定性不足的技術問題，聚丙烯膨脹阻燃改性未來可通過表明活性劑或偶聯劑對IFR進行處理或者將IFR與聚丙烯單體接枝共聚，提高與PP的相容性；繼續深入研究微膠囊包覆技術解決IFR吸濕的問題；研究設計新型的單組份膨脹型阻燃劑，提高阻燃產品的綜合性能，探索阻燃劑之間的協同效應。在環保要求越來越高的今天，膨脹型阻燃劑優良的阻燃性能和綠色環保的特性為其提供廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]于寶剛，盧林剛，王大為.合成樹脂及塑料[J].2008，25（3）：27.

[2]Liang J Z，Zhang Y J，Jiang X H. Polymer Bulletin[J]，2011，66（2）：289-299.

[3]蘆笑梅，王萬力.E/VAC包覆膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯微觀結構研究[J].工程塑料應用，2004，32（11）：17-20.

[4]Wu K ，et al. Preparation and Characterization of Core/Shell-like Intumesscent Flame Retardant and its Application in Polypropylene.Journal or Macromolecular Science Part a-Pure and Applied Chemistry.2009，46（8）：837-846.

[5]周箭，楊輝，陳日新，等.膨脹型阻燃劑b-MAP對聚丙烯阻燃性能得顯微學研究[J].塑料工業，2005，33（S1）：161-163.

[6]Song P，et al.Synthesis of a Novel Oligomeric Intumescent Flame Retardant and its application in Polypropylene[J].Polymer Engineering and Science，2009，49（7）：1326-1331.

[7]李瑩，王向東.中國塑料[J].2010，24（7）：87-92.

[8]應宗榮，楊坤，李靜，等.聚丙烯低溫可膨脹石墨阻燃復合材料的性能研究[J].塑料工業，2006，34（12）：43-45.