orui系列膨脹阻燃劑在聚丙烯中的應(yīng)用

orui系列膨脹阻燃劑在聚丙烯中的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代，有使用親水聚氯乙烯的夸張阻滯劑。用于親水聚丙烯的填充阻滯劑主要是磷酸和氮化合物及其復(fù)合系統(tǒng)。然而和含鹵阻燃劑相比,傳統(tǒng)的膨脹阻燃劑也有許多缺點(diǎn),影響膨脹阻燃劑在聚丙烯中應(yīng)用。為此,本實(shí)驗(yàn)經(jīng)過多年的技術(shù)研發(fā),目前已經(jīng)成功開發(fā)出以三嗪類大分子成炭發(fā)泡劑(CFA)為核心的OrientIFR系列膨脹無鹵阻燃劑產(chǎn)品。以三嗪類大分子成炭發(fā)泡劑(CFA)這一新型炭源,來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的季戊四醇、雙季戊四醇、三季戊四醇、季戊四醇磷酸鹽等炭源,并與其他助劑復(fù)配而成,解決了傳統(tǒng)的膨脹阻燃劑阻燃效率低、熱穩(wěn)定性低、低耐水性、易遷移等缺點(diǎn)。以O(shè)rientIFR系列膨脹無鹵阻燃劑制得阻燃材料,具有密度小、發(fā)煙量低、對模具腐蝕小、優(yōu)異的耐遷移性和耐析出性,燃燒過程中不產(chǎn)生二噁英和鹵酸氣體。OrientIFR系列膨脹無鹵阻燃劑適用于絕大多熱塑性塑料,尤其是適合應(yīng)用在聚丙烯中,是一種有發(fā)展?jié)摿Φ男滦团蛎涀枞紕?實(shí)驗(yàn)部分1.1主要原材料1.1.1苯基材料1.1.2潤特科技公司OrientIFR-P601、OrientIFR-P602、OrientIFR-P603:黑龍江省潤特科技有限公司;抗滴落劑:1645,美國3M公司;潤滑劑:成都同力助劑有限公司。1.2注塑機(jī)、儀和儀器高速粉碎機(jī):SHR-10A,張家港市通沙塑料機(jī)械有限公司;同向雙螺桿擠出機(jī):SHJ-72,南京杰亞擠出裝備有限公司;注塑機(jī):HFT86X1,寧波海天機(jī)械有限公司;氧指數(shù)儀:JF-3,江蘇省江寧縣分析儀器廠;水平垂直燃燒測定儀:CZF-3,江蘇省江寧縣分析儀器廠;灼熱絲試驗(yàn)儀:ZRS-2,上海埃微電子科技有限公司。1.3阻燃聚丙烯配方將OrientIFR系列膨脹阻燃劑、助劑及聚丙烯樹脂在高混機(jī)中混合均勻,即制備成阻燃聚丙烯配料。將制得的阻燃聚丙烯料在雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒,然后在注塑機(jī)制得標(biāo)準(zhǔn)樣條。1.4性能試驗(yàn)和表現(xiàn)垂直燃燒性能測試:按照UL94測試;灼熱絲試驗(yàn):按照GB/T5169.10—2011測試;耐水性測試:按照UL746C標(biāo)準(zhǔn)測試。2結(jié)果與討論2.1不同型號聚丙烯阻燃劑對纖維阻燃效率的影響在不同型號的聚丙烯當(dāng)中添加Orient系列阻燃劑后,材料的垂直燃燒性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可以看出,1)在同種型號的聚丙烯中,阻燃材料通過1.6mmUL94V-0級,不同牌號的阻燃劑,所需阻燃劑添加量是不同的,其中P602阻燃劑添加量是最少的,比其他阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要少1%～2%,例如在M2600R中僅僅添加28%,1.6mm樣條就可以通過UL94V-0級。由此可以看出,在Orient系列膨脹阻燃劑中,OrientIFRP602的阻燃效率是最高的。2)在不同型號的聚丙烯中,添加同一種牌號的阻燃劑,材料通過1.6mmUL94V-0級所需阻燃劑添加量是不同的,例如P601在T30S中僅僅需要添加20%,就可以通過1.6mmUL94V-0級,而在M2600R中需要添加30%。通過了解不同型號聚丙烯的性質(zhì),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)熔體質(zhì)量流動速率大于4g/10min時(shí),隨著熔體質(zhì)量流動速率的增大,阻燃劑的添加量增大;當(dāng)熔體質(zhì)量流動速率小于4g/10min時(shí),熔體質(zhì)量流動速率大的樹脂阻燃劑添加量反而低,但聚丙烯結(jié)構(gòu)有所差別。綜上所述,不同型號聚丙烯的結(jié)構(gòu)和熔體質(zhì)量流動速率的差別,都會影響阻燃劑添加量。2.2抗滴落劑的添加對低熔體質(zhì)量流動速率的影響從上面的研究發(fā)現(xiàn),聚丙烯的熔體質(zhì)量流動速率對阻燃劑的添加量有一定影響,這可能是由于熔體質(zhì)量流動速率高和比較薄的樣條在做UL94試驗(yàn)時(shí),樣條易熔滴造成的,所以接下來的實(shí)驗(yàn),向OrientIFR/PP材料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的的抗滴落劑,討論抗滴落劑對阻燃性能的影響。從表3和表4對比可以看出,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的抗滴落劑后,對于低熔體質(zhì)量流動速率(小于4g/10min)的聚丙烯來說,沒有什么影響,1.6mm樣條通過UL94V-0級的添加量沒有變化,而對于高熔體質(zhì)量流動速率(大于4g/10min),和未加抗滴落劑相比,1.6mm樣條通過UL94V-0級所需的阻燃劑的添加量減小。另外,實(shí)驗(yàn)以P602阻燃劑為例,也做了比較薄的0.8mmUL94性能試驗(yàn),在阻燃劑添加量一定的情況下,發(fā)現(xiàn)添加0.1%的抗滴落劑后,能通過UL94V-0級,而不添加抗滴落劑的,僅僅只能通過UL94V-2或者沒有級別。因此抗滴落劑的添加,提高了高熔體質(zhì)量流動速率的聚丙烯和比較薄的樣條的阻燃性能。這是因?yàn)榕蛎涀枞紕┑淖枞紮C(jī)理是材料在燃燒過程中,表面形成一層致密的炭層,起到隔熱隔氧的作用,使火焰自熄,而高熔體質(zhì)量流動速率和比較薄的樣條,在燃燒過程,熔體強(qiáng)度比較低,阻燃材料剛剛?cè)刍腿鄣瘟?膨脹阻燃劑的阻燃效應(yīng)還沒有徹底發(fā)揮,所以造成阻燃劑添加量的不同,和比較薄的樣品很難通過UL94V-0級,而抗滴落劑提高了熔體強(qiáng)度,保證了膨脹阻燃劑在沒熔滴之前發(fā)揮效應(yīng),提高了材料的阻燃性能。2.3p603阻燃劑用量對土壤阻燃性能的影響IFR-P603是一種具有高耐水性的膨脹無鹵阻燃劑。與OrientIFR-P601/602相比,本產(chǎn)品具有更高耐水性和分散性。以O(shè)rientIFR-P603制得阻燃PP,具有優(yōu)異的耐遷移性和耐析出性,水煮后的制品外觀光亮,并且厚度為0.8mm的制品也能通過UL94V-0級。下面實(shí)驗(yàn)以T30S樹脂為例,向T30S中添加不同量的P603阻燃劑,進(jìn)行UL746C試驗(yàn)(70℃×168h),測定水煮后的阻燃性能變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5。P603在T30S中的阻燃效率是很高的,當(dāng)P603阻燃劑僅僅添加16%時(shí),3.2mm樣條就可以通過UL94V-0。添加20%,1.6mm樣條就可以通過UL94V-0。添加26%,0.8mm樣條就可以通過UL94V-0。經(jīng)過70℃×168h水煮后,P603阻燃劑添加18%時(shí),3.2mm樣條就可以通過UL94V-0。添加22%,1.6mm樣條就可以通過UL94V-0。添加30%,0.8mm樣條就可以通過就可以通過UL94V-0。這說明水煮后阻燃材料的阻燃性能下降,這是膨脹阻燃劑是的普遍缺點(diǎn),但P603阻燃劑和其他膨脹阻燃劑相比,水煮后阻燃性能下降幅度很小,而傳統(tǒng)的膨脹阻燃劑,水煮后阻燃性能完全喪失,不是單一調(diào)整阻燃劑添加量所能彌補(bǔ)的,而P603僅僅需要小幅度提高阻燃劑添加量就能,通過UL746C試驗(yàn),這是其他膨脹阻燃劑無法相比的優(yōu)勢。2.4阻燃劑的耐燃性表6是OrientIFR系列阻燃劑在不同型號聚丙烯中灼熱絲試驗(yàn)的結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不同型號的聚丙烯中,僅僅需要添加很少量的阻燃劑,就可以通過灼熱絲試驗(yàn)。例如P601阻燃劑僅僅需要添加25%,都可以通過灼熱絲試驗(yàn),而現(xiàn)在市場上現(xiàn)有的膨脹阻燃劑,幾乎都需要添加30%以上才能通過,這說明OrientIFR系列阻燃劑有很好的耐燃性。另外,在不同型號的聚丙烯中,通過灼熱絲試驗(yàn),所需要的阻燃劑的添加量幾乎沒有什么變化,這說明聚丙烯的型號對灼熱絲試驗(yàn)影響不大。3抗滴落劑的添加量OrientIFR系列膨脹阻燃劑是一種高效的膨脹阻燃劑,添加19%～31%,1.6mm樣條就可以通過UL94V-0級,聚丙烯的結(jié)構(gòu)和熔體質(zhì)量流動速率對阻燃劑的添加量有一定的影響。少量的抗滴落劑可以提高高熔體質(zhì)量流動速率的聚丙烯和比較薄的樣條