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聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂,在汽车、家用电器、电子、包装、建材、家具等方面具有广泛的应用。但是聚丙烯具有强度低、韧性差、易燃、燃烧速度快的缺点,限制其在一些阻燃性能要求较高的场合使用。为了使PP在更广泛的领域得到更多的应用,需要对PP进行阻燃、增韧、增强改性。本文主要介绍了各类的阻燃剂在聚丙烯中的应用,分析了各类阻燃剂的阻燃机理,并对效果进行了验证。同时在阻燃改性的同时加入增韧增强剂,使材料既具有较高的阻燃效果又具有良好的强度和韧性。 适用于PP的阻燃剂有多种,主要分为无机阻燃剂、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂。无机阻燃剂主要有氢氧化镁、氢氧化铝等化合物,该阻燃剂主要通过材料受热分解水降低燃烧物温度达到阻燃目的。卤系阻燃剂是一种常用阻燃剂,主要有十溴二苯乙烷、十溴二苯乙醚、八溴醚等化合物,该阻燃剂主要是燃烧过程中与材料分解的自由基发生反应,达到阻燃的效果。磷系阻燃剂有聚磷酸铵、红磷等,目前研究应用最广的是磷-氮膨胀型阻燃剂,该阻燃剂是通过材料受热时生成炭化层隔绝空气以及膨胀阻止热传递的机理达到阻燃目的。 以氢氧化镁、氢氧化铝等无机类化合物做阻燃剂时,其添加量在20%以内时无明显的阻燃效果,添加量达到40%以上时阻燃效果明显,可以达到UL94-V1级的阻燃等级。无机阻燃剂加入PP中随着其添加量的增大材料的强度逐渐增大,韧性逐渐减小,由于需要添加量很大材料才有明显的阻燃效果,当添加量较大时材料的综合性能明显下降,所以该阻燃剂不适合PP改性。卤系阻燃剂需要和协效剂三氧化二锑配合使用,两者添加量30%以上才能达到V0级阻燃效果,该阻燃剂燃烧时会产生二噁英,严重污染环境,同样不适合用于PP阻燃改性。磷-氮膨胀型阻燃剂添加量在18%以上时即可达到V0级阻燃效果,而且燃烧时无浓烟逸出不挥发有毒有害气体,是一种优异的PP阻燃剂。 膨胀型阻燃剂具有热稳定性差的缺点,在加工过程中阻燃剂易分解、有水析出。为了避免阻燃剂分解造成阻燃效果下降,在加工过程中适当降低材料加工温度、和剪切强度,同时保持挤出机螺杆内真空度,避免熔体直接接触空气。经过工艺改进,制备过程中不存在阻燃剂分解、析水现象。 膨胀型阻燃剂在均聚PP中阻燃效果比共聚PP效果优异,低熔指PP的阻燃效果优于高熔指PP。 在膨胀型阻燃剂改性聚丙烯材料中,填料的添加不利于材料成炭因此会降低其阻燃效果,在填料中碳酸钙影响最大,滑石粉、硫酸钡、玻璃纤维影响较小。在实验中发现碳酸钙的加入使材料失去阻燃效果;滑石粉可以少量添加,添加量在10%以内还可以达到V0级的阻燃效果,滑石粉的加入材料的弯曲模量增大,冲击强度降低,材料的综合性能得到明显提升;玻璃纤维对材料阻燃效果影响最小,添加量在15%以内仍可以达到V0级的阻燃效果,玻璃纤维的加入材料的强度快速增加,材料具有很高的强度和模量。 在实际应用中可以利用膨胀型阻燃剂对PP进行阻燃改性,同时根据需要添加滑石粉以及弹性体,使材料不但具有优异的阻燃效果还具有良好的刚韧平衡,可以在汽车零部件中得到应用。还可以添加玻璃纤维制备出高强度阻燃PP在园林机械中得到应用。总之根据实际需要调整聚丙烯配比、阻燃剂添加量、填料种类以及其它类型塑料添加剂可以制备出各种性能的阻燃聚丙烯材料,这些材料可以在很多领域得到广泛应用。