阻燃PC板 阻燃PC薄膜的阻燃原理

阻燃PC和PC材料有著很大的不同。阻燃PC與PC在物理特性上有很大的不同，阻燃PC具有抗火性能，而PC沒有。此外，阻燃PC需要滿足更高的阻燃標準，而PC不需要。阻燃PC可以阻止可燃物自燃，而PC沒有這種性能。阻燃PC也能夠阻止火花和火焰的傳播，而PC則沒有這種能力。

物理性質

聚碳酸酯（PC）無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃，在普通使用溫度內都有良好的機械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好。

化學性質聚碳酸酯耐酸，耐油。

聚碳酸酯不耐紫外光，不耐強堿。

2阻燃PC原理

阻燃PC的阻燃原理就是催化PC在燃燒時的成炭，從而達成阻燃的目的，下面介紹了4類高效阻燃系統，它們或者通過高效的氣相阻燃，或者通過在凝聚相中抑制自由基的增長，或者通過催化作用改變聚合物的熱分解模式并促進成炭而發揮阻燃功能。在用量極少的情況下即能滿足很多領域的阻燃要求，是阻燃劑的發展方向。這類阻燃系統有：(1)催化阻燃系統；(2)芳香族磺酸鹽(酯)；(3)凝聚相中的自由基抑制劑；(4)高效氣相阻燃劑。　

目前高聚物中使用的常規阻燃劑，阻燃效率低，用量大，從而惡化了高聚物基材原有的優異性能，增加高聚物燃燒或熱解時生成的煙量及有毒氣體量，增加材料的價格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困難。因此，尋求高效的阻燃系統，是阻燃領域內人們長期的奮斗目標。據專家們預測，具有下述特征之一的阻燃系統，有可能成為具有發展前景的未來的高效阻燃劑，這些特征是：(1)能抑制凝聚相的氧化反應；(2)具有催化阻燃作用；(3)能發揮高效的氣相阻燃作用；(4)能形成有效的含炭層或含其他阻燃元素的防護層。現介紹4類高效阻燃系統。

1、催化阻燃系統

催化阻燃系統是指那些在一定條件下能脫水生成強酸的化合物，它們可促進高聚物成炭，但這種作用模式對烴類高聚物效果不佳。不過，如果聚烯烴能在催化劑作用下氧化脫氫而形成水和炭，則不僅燃燒熱可大大降低，材料的阻燃性也大為改善，而且燃燒產物只是無毒的水蒸氣。例如，在聚丙烯中加入質量分數為1.5%的鉻，可使聚丙烯的氧指數提高至27，其機理可能涉及聚丙烯的催化脫氫和成炭。　另外，在聚丙烯中加入1%的乙酰丙酮鋅和乙酰丙酮鈷，可使材料具有自熄性(見表1)。這類添加劑可能是催化助氧化劑，它們能提高聚合物的成炭率。

表1　聚丙烯中某些金屬化合物的阻燃效能

化 合 物 成炭性 滴落性 阻燃性

乙酰丙酮鎳 差 有 燃燒

軟脂酸銅 差 有 燃燒

乙酰丙酮鈷 好 無 自熄

乙酰丙酮鋅 好 無 自熄

注：加入量的質量分數為1%。

還有，在乙烯-丙烯酸橡膠中加入2.5%的錫酸鋅，可明顯提高三水合氧化鋁的阻燃性，促進炭層的形成。氧化鉻/氧化鋅、氧化鐵、氧化鋅和氧化鋁/氧化鎂對主要以三水合氧化鋁和氫氧化鎂阻燃的聚烯烴，可抑制滴落和降低材料的可燃性。此外，某些磷化氫-鉑絡合物可使聚甲基丙烯酸甲酯發生氧化反應和催化交聯，從而導致阻燃性增高。但這種催化劑價格昂貴且效率有限，目前只是一個研究導向。迄今為止，已發現對聚合物有效的阻燃劑鉑的質量含量為1×10-6時，即可賦予含硅酸鹽填料的硅氧烷以阻燃性，并增多不燃殘渣。據分析，鉑在上述系統中的催化作用可能是使硅氧烷鏈與填料硅酸鹽偶聯。這啟示人們，通過催化原理來設計非常高效的阻燃劑是可能的。

2、芳香族磺酸鹽(酯)

一系列無機的和有機的芳香族磺酸鹽(酯)被發現是聚碳酸酯(PC)的極有效的阻燃劑，所需用量極低(催化劑量)(見表2)。例如，當PC中含有約0.1%的2?4?5-三氯苯磺酸鈉(鉀)時，PC的氧指數可達25～35，阻燃級別可達UL 94 V-0級。這類阻燃劑已在工業上獲得應用。芳香族磺酸鹽(酯)的高阻燃效能來自它能催化加速PC的熱降解，并在材料的燃燒表面形成炭層。表2所列其他的PC阻燃劑的阻燃機理與芳香族磺酸鹽類似。

表2 高效PC阻燃劑

序號 阻燃劑 質量含量/% PC氧指數/%

1 芳香族磺酰胺的金屬鹽 0,05～0,2 29-40

2 全氟硼酸金屬鹽(+有機硅) 0,01～0,03(+0,01～0,05) 27-38

3 全氟鈦酸酯 0,01～0,1 29-41

4 芳香族磺酰胺金屬鹽(+全氟金屬鹽+含鹵有機化合物) 總量0,01～0,1 26-39

可采用下述3類化合物的混合物阻燃PC，其總用量不超過后樹脂產品質量含量的1%。(1)芳香族磺酰胺的堿金屬鹽，ArSO2N-RM+(R為芳基)；(2)齊聚有機溴化物；(3)聚四氟乙烯(PTFE)。表3列有上述阻燃劑阻燃的PC及通用PC的性能，該表數據說明，添加少量阻燃劑的PC，其物理和機械性能可與未阻燃PC媲美，但氧指數和阻燃性明顯提高。

表3 阻燃PC及通用PC性能比較

阻燃PC 阻燃PC

性　能 測定方法 不含PTFE 含PTFE 通用PC/%

拉伸強度/MPa ASTM,D-638

屈,服 55,5～65,3 55,1～62,0 56,5～65,5

斷,裂 55,1～72,3 48,2～68,9 55,1～72,3

斷裂伸長率/% ASTM,D-638 95～135 80～120 95～135

抗張,模量,/MPa ASTM,D-638 1929～2412 1929～2412 1929～2412

抗彎模量/MPa ASTM,D-790 2067～2549 2067～2549 2067～2549

熱變形溫度/℃(1,82MPa) ASTM,D-648 123～133 123～133 123～133

玻璃化溫度/℃ DSC(10℃/min) 151～153 151～153 151～153

介電常數(105Hz) ASTM,D-150 2.95 2.95 2.95

氧指數/% ASTM,D-268 36～41 36～41 25～27

阻燃性 UL,94

1,6mm試樣 V-2 V-0 V-2

3,2mm試樣 V-0 V-0/5V V-2

3、凝聚相中的自由基抑制劑

凝聚相中的表面氧化對于聚合物的高溫降解具有十分重要的作用，因為氧能穿透某些燃燒聚合物的表層。因此，凝聚相中的抗氧系統在原則上可能都具有阻燃作用。但是，大多數抗氧劑和自由基清掃劑在高聚物氧化裂解溫度下對阻燃不很有效，因為在此溫度下，鏈式氧化反應的鏈引發階段速度很快，通常的抗氧劑將被破壞。不過，對位處“燃燒傳播”和“燃燒自熄”之間的配方，加入自由基抑制劑可能有利于使燃燒自熄；而對某些阻燃聚合物、抗氧劑也可使材料氧指數有所提高(見表4）。

具有多共軛芳香結構或金屬還原劑型的高溫抗氧劑，可能對抑制燃燒塑料的表面氧化有效。下述兩種化合物由于分子結構中同時具有含鹵亞酰胺及受阻酚，故可能同時兼具阻燃作用和抑制自由基的作用。

以化合物(Ⅰ)阻燃聚乙烯時，其氧指數比以氯菌酸酐阻燃者(氯含量相同時)有所提高。但要想使抗氧劑發揮高效阻燃作用，必須設計耐高溫的抗氧系統。

表4 不同抗氧劑對阻燃聚乙烯氧指數的影響

抗　氧　劑 聚乙烯氧指數/%

無 22,1±,0,4

2,6-二叔,丁基,對,甲酚 23.6

辛基-N-苯基-α-萘胺 24.2

N,N′-二苯基對苯二胺 24.2

噻吩,嗪 23.8

注：抗氧劑的質量含量為2%

4、高效氣相阻燃劑

有人認為，有些在氣相中釋出HCl和HBr的阻燃系統，可能基本上只是發揮物理作用。例如，三(二氯異丙基)磷酸酯用于阻燃聚氨酯泡沫塑料。另外，三氯化銻是通過化學作用抑制自由基反應的；但對烴的燃燒肯定存在一些更有效的燃燒抑制劑，如羰基鐵、四乙基鉛、二氯二氧化鉻等，它們的阻燃效率至少比三氯化銻高出一個數量級。例如，為使己烷—空氣混合物燃燒速度降低30%，所需的抑制劑三氯化銻及氯氧化磷的質量分數分別為1.64%和0.98%，而四乙基鉛及五羰基鐵則分別只需0.18%及0.10%，即后兩者僅為前兩者的1/10左右。特別是，在氫氧焰中質量分數為1×10-6的Mg、Cr、Mn、Sn或U鹽，即是有效的氣相中自由基結合的催化劑。但這類試驗表明，比現有阻燃系統效率高出一兩個數量級的氣相阻燃劑是可能找到的。

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