膨胀类阻燃剂
膨胀阻燃剂是近年来国内外广为关注的膨胀类阻燃剂。膨胀类阻燃剂具备阻燃机制,无卤、低烟、低毒的独特特性。
膨胀类阻燃剂阻燃机理较为复杂,吸热冷却、稀释、形成隔热层和终止自由基链反应等途径在阻燃过程中都能得到体现,其具体表现为:
通过膨胀形成多孔泡沫炭的隔热层。在较低温度下,化合物中的非双环磷产生能作为脱水剂的磷酸;反应产生的水蒸气和由气源产生的不燃性气体使熔融体系膨胀发泡。
同时,多元醇脱水炭化,形成无机物及炭残余物,且体系进一步膨胀发泡;反应接近完成时,体系胶化和固化,最后形成多孔泡沫炭层,起到阻止热传递,降低可燃性气体释放量和隔绝氧的作用,以达到阻燃目的。
膨胀型阻燃剂在燃烧温度下都能释放出如水及 CO2、NH3、N2、HX等不燃性气体,这些气体组份在气相中冲淡了可燃性气体的浓度,使之降到着火极限以下,起到气相阻燃效果。
膨胀型阻燃剂,在高温下发生相变、脱水或脱卤化氢等吸热分解反应,降低聚合物基材和火焰区温度,减慢热裂解反应的速度,进而减少可燃性气体挥发量,最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件,达到阻燃目的。
聚合物在燃烧中的产生很多高能量自由基,膨胀型阻燃剂在分解过程中产生可捕获自由基的物质(如PO·),从而切断自由基链锁反应达到阻燃的目的。
膨胀型阻燃剂(IFR)是一种以氮、磷为主要组成的复合阻燃剂,它不含卤素,也不采用氧化锑作为协效剂,该类阻燃剂在受热时发泡膨胀,故称为膨胀型阻燃剂,它是一类高效低毒的环保型阻燃剂。20世纪90年代后,膨胀型阻燃剂的研究逐渐开始活跃,它被公认为是实现阻燃剂无卤化的有效途径之一,其在纺织品的阻燃整理中也极具潜力。
磷酸三乙酯|阻燃剂TEP产品基本信息
水份 %:≤0.20
色度 (APHA):≤ 20
含量 (GC%): ≥99.5%
酸值 (mgKOH/g):≤0.05
比重 ( 20℃/4℃) : 1.069-1.073
折 光 率 (nD20): 1.4050—1.4070
原材料:以三氯氧磷和乙醇为主,两步酯化法合成。
磷酸三乙酯包装方式:净重200KG/镀锌铁桶(一个小柜打托装16吨)、1000KG/IB桶(一个小柜装18吨)或23吨ISOTANK。
磷酸三乙酯|阻燃剂TEP产品用途
磷酸三乙酯为高沸点溶剂,橡胶和塑料的增塑剂,也是催化剂.也用作制取农药杀虫剂的原料.以用作乙基化试剂,用于乙烯酮生产。
(1)催化剂:二甲苯异构体催化剂;烯烃的聚合催化剂;制造四乙基铅的催化剂;制造碳化二亚胺的催化剂;三烷基硼和烯烃的置换反应催化剂;用乙酸高温脱水制造乙烯酮的催化剂;苯乙烯同共轭二烯类化合物聚合用的催化剂;如果在对苯二甲酸、乙二醇聚合时使用则有防止纤维变色的作用。
(2)溶剂:硝酸纤维素及乙酸纤维素的溶剂;用保持有机过氧化物催化剂寿命的溶剂;氟化乙烯分散用的溶剂;作聚酯树脂、环氧树脂的固化催化剂的过氧化物剂及稀释剂。
(3)稳定剂:氯系杀虫剂和稳定剂;酚醛树脂的稳定剂;糖醇树脂的固体剂。
(4)合成树脂方面:二甲酚甲醛树脂的固化剂;壳型塑模所使用的酚醛树脂的软化剂;氯乙烯的柔软剂;乙酸乙烯聚合物的增塑剂;聚酯树脂的阻燃剂。
(5)磷酸三乙酯(阻燃剂TEP)为高沸点溶剂,橡胶和塑料的增塑剂,也用作制取农药杀虫剂的原料,用作乙基化试剂和乙烯酮生产。在日本,该品的70%用于催化剂。
膨胀型阻燃剂有三个基本要素。即酸源、炭源和气源。酸源又称脱水剂或炭化促进剂,一般是无机酸或燃烧中能原位生成酸的化合物,如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等;炭源也叫成炭剂,它是形成泡沫炭化层的基础,主要是一些含碳量高的多羟基化合物,如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛树脂等;气源也叫发泡源,是含氮化合物,如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。三组分中,酸源最为主要,比例最大,且阻燃元素含于酸源中,所以酸源是真正意义上的阻燃剂,碳源和发泡剂则是协效剂。
阻燃机理
IFR的阻燃作用主要是依靠在材料表面形成多孔泡沫焦炭层,它是一个多相系统,含有固体和液体和气态产物。炭层阻燃性质主要体现在:使热难于穿透凝聚相,阻止氧气进入燃烧区域,阻止降解生成的气态或液态产物溢出材料表面。
焦碳层形成过程为:在150℃左右,酸源产生能酯化多元醇和可作为脱水剂的酸;在稍高的温度下,酸与碳源进行酯化反应,而体系中的胺基则作为酯化反应的催化剂,加速反应;体系在酯化反应前和酯化过程中熔融,反应过程中产生的不燃性气体使已处于熔融状态的体系膨胀发泡,与此同时,多元醇和酯脱水碳化,形成无机物及碳残余物,体系进一步发泡;反应接近完成时,体系胶化和固化,最后形成多孔泡沫炭层。
应用及发展方向
膨胀型阻燃剂应用于纤维和织物主要通过两种方式,一是将阻燃剂配制成整理液,通过涂布等方式整理到织物表面,天然纤维大多采用此方法;二是将膨胀型阻燃剂作为一种共聚单体加入到聚合物中,大多用于合成纤维的阻燃。
合成一种具酸源、炭源和气源三位一体的膨胀型阻燃剂是当今阻燃研究的一个热点。此外,提高膨胀型阻燃剂的热稳定性,满足聚合物高温加工的需要,也是膨胀型阻燃剂今后的发展方向。
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