新型成炭剂在聚合物膨胀阻燃中的应用和研究进展

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1、陈绪煌黄碧伟龙鹏邢为高（湖北工业大学化学与环境工程学院,武汉,430068）摘要传统膨胀型阻燃剂中炭源为小分子醇类化合物，导致阻燃剂具有易吸湿、易迁移、和聚合物基体不相容等缺点。为了改进这些缺点，各种新型成炭剂相继被研究开发出来。本文对一些新型成炭剂，如热塑性酚醛树脂、聚酰胺、热塑性聚氨酯以及一些大分子化合物的衍生物在化学膨胀阻燃聚合物中的应用和研究进行了综述。关键词膨胀型阻燃吸湿迁移新型成炭剂AdvanceinApplicationandResearchofNovelCharringAgentsinIntumescentFlameRetardantPolymersChenXuhuang

2、HuangBiweiLongPengXingWeigao（SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan,430068）Abstract:Thecharringagentintranditionalintumescentflameretardants(IFR)aresomesmallmoleculealcoholates,whichmaketheflameretardantshaveeasymoistureabsorption,easymigrationandincompatibl

3、etopolymermatrix.Toimprovethesefaults,somenovelcharringagentswereresearched.Thisarticlereviewedtheapplicationsandresearchesofsomenovelcharringagents,suchasnovolacresin;polyamide;thermoplasticpolyurethaneandsomederivativesofmacromoleculecompoundsinIFRpolymers.Keywords:intumescentflameretardant;moi

4、stureabsorption;migration;novelcharringagent聚合物膨胀型阻燃该体系由三源，即酸源、炭源、气源三个基本成分构成。其阻燃机理为：在受热或火焰作用下，酸源释放出的无机酸与炭源发生酯化反应，进而脱水炭化成黏稠状的炭化物。这层炭化物在气源受热释放出的惰性气体的作用下，形成具有隔热、隔质功能的多孔状炭阻挡层，该多孔炭层可以阻止火焰的传播，使基材免于进一步降解、燃烧，从而获得良好的阻燃效果。膨胀型阻燃剂虽然具有低烟、无毒、无腐蚀性气体释放、阻燃效率较高等优点，但是也存在着添加量较大、易迁移、吸潮等缺点。这主要是由于传统膨胀型阻燃体系中使用的炭源为一些小分子多

5、羟基化合物，如季戊四醇(PER)、甘露醇或山梨醇等。在加工过程中这些小分子多羟基化合物易发生反应，或由于水解而在材料表面迁出，以及与聚合物基材的不相容造成力学性能大幅下降。这些问题的存在阻碍了膨胀型阻燃体系的应用和发展[1]。具有成炭作用的聚合物，以及一些大分子衍生物均被尝试用作膨胀型阻燃体系的炭源，在克服上述传统炭源缺陷方取得了进展，提高了膨胀型阻燃材料的阻燃性能，同时也使材料的力学性能得到相应的改善。本文对这些新型成炭剂在聚合物膨胀阻燃过程中的应用和研究进行了综述。热塑性酚醛树脂成炭剂1由于其分子主链上含有大量芳基，热塑性酚醛树脂（novolac）在燃烧时可以缩合成芳构型碳，产生的气

6、态可燃性产物少，在氮气氛中于700～850收稿日期：2011-07-05℃炭化后成炭率为60.4%。而且其价格低廉、成型加工性好。Harashina等[2]将热塑性酚醛树脂/包覆红磷/三聚氰胺以质量比10/10/5填入75份聚甲醛（POM）中，得到性能优异的复合材料。材料极限氧指数（LOI）为37.5，通过UL-94V-1的标准，平均燃烧时间为16.5s，无熔融滴落现象，几乎无烟产生，锥形量热仪测试显示阻燃材料峰值放热速率由纯POM的480kJ/m2降至242kJ/m2。而且由于novolac与POM相容性较好，材料力学性能下降幅度较小，拉伸强度从60MPa降至52MPa，断裂伸长率由6

7、0%降至15%，弯曲强度由96MPa降至87MPa，但是弯曲模量由2580MPa升至2700MPa。Lee等[3]尝试着将热塑性酚醛树脂和芳基磷酸酯(DMP–RDP)协同阻燃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS），在此体系中novolac作为炭源，DMP–RDP作为酸源，而二者均兼有气源功能（在热分解过程中发生反应，释放出H2O）。当将二者以质量比10/15填入75份ABS中时，LOI达53，通过UL-94V-1的标准，材料燃烧