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(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)
聚碳酸酯（PC）無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃，在普通使用溫度內(nèi)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(xué)性質(zhì)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(tǒng)，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(fā)揮阻燃功能。在用量極少的情況下即能滿足很多領(lǐng)域的阻燃要求，是阻燃劑的發(fā)展方向。這類阻燃系統(tǒng)有：(1)催化阻燃系統(tǒng)；(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(guī)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(yōu)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(tǒng)，是阻燃領(lǐng)域內(nèi)人們長期的奮斗目標(biāo)。據(jù)專家們預(yù)測，具有下述特征之一的阻燃系統(tǒng)，有可能成為具有發(fā)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(yīng)；(2)具有催化阻燃作用；(3)能發(fā)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?，F(xiàn)介紹4類高效阻燃系統(tǒng)。
1、催化阻燃系統(tǒng)
催化阻燃系統(tǒng)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(chǎn)物只是無毒的水蒸氣。例如，在聚丙烯中加入質(zhì)量分數(shù)為1.5%的鉻，可使聚丙烯的氧指數(shù)提高至27，其機理可能涉及聚丙烯的催化脫氫和成炭?！×硗?，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(zhì)量分數(shù)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(luò)合物可使聚甲基丙烯酸甲酯發(fā)生氧化反應(yīng)和催化交聯(lián)，從而導(dǎo)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(dǎo)向。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)對聚合物有效的阻燃劑鉑的質(zhì)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(jù)分析，鉑在上述系統(tǒng)中的催化作用可能是使硅氧烷鏈與填料硅酸鹽偶聯(lián)。這啟示人們，通過催化原理來設(shè)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(fā)現(xiàn)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(dāng)PC中含有約0.1%的2?4?5-三氯苯磺酸鈉(鉀)時，PC的氧指數(shù)可達25～35，阻燃級別可達UL 94 V-0級。這類阻燃劑已在工業(yè)上獲得應(yīng)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(zhì)量含量/% PC氧指數(shù)/%
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(chǎn)品質(zhì)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(shù)據(jù)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(shù)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(shù)(105Hz) ASTM,D-150 2.95 2.95 2.95
氧指數(shù)/% 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(tǒng)在原則上可能都具有阻燃作用。但是，大多數(shù)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?zhǔn)窖趸磻?yīng)的鏈引發(fā)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(shù)有所提高(見表4）。
具有多共軛芳香結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)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(fā)揮高效阻燃作用，必須設(shè)計耐高溫的抗氧系統(tǒng)。
表4 不同抗氧劑對阻燃聚乙烯氧指數(shù)的影響
抗 氧 劑 聚乙烯氧指數(shù)/%
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(zhì)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(tǒng)，可能基本上只是發(fā)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(xué)作用抑制自由基反應(yīng)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(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)為1×10-6的Mg、Cr、Mn、Sn或U鹽，即是有效的氣相中自由基結(jié)合的催化劑。但這類試驗表明，比現(xiàn)有阻燃系統(tǒng)效率高出一兩個數(shù)量級的氣相阻燃劑是可能找到的。
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