一种聚氨酯弹性体制备论文

如Sb2O3与卤系阻燃剂复配可产生SbX3,其密度比空气或氧气重。 1.4.6稀释氧气和可燃气体

有些阻燃剂可释放出大量不燃气体,这些不燃气体的存在可冲淡聚合物分解产生的可燃气体或周围的氧气,同时降低聚合物分解产物的温度.通常,阻燃剂分为磷系、卤系和无机阻燃剂三大类,磷系与卤系阻燃剂效率高,但前者要求被阻燃材料结构中含有大量H、O元素才可脱水形成碳化层。而后者目前虽应用很广也很有效,但由于其燃烧产物毒性大，烟雾浓，从长远来看，会逐渐被取代。目前在暂时无法找到理想的替代品时，只得尽量减少卤系阻燃剂的用量。无机阻燃剂具有无毒、无腐蚀、价格低廉等特点。但无机阻燃剂需大剂量才能有效地阻燃聚合物，而二者结构相差甚远，相容性差，大剂量必然会使材料的其他大幅度下降。

1.5常用添加型阻燃剂

典型的添加型阻燃剂包括：卤化石蜡、含卤化合物（特别是溴系阻燃剂）、无机金属氧化物与氢氧化物（如氧化锑、氢氧化镁、氢氧化铝等）、碳酸盐（如碳酸钾、碳酸钙、碳酸镁、水合碳酸镁等）、含硼化合物（如硼酸、硼砂、硼酸锌等）、无机含磷化合物（如聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐等）、三苯基膦、可膨胀石墨、三聚氰胺及其衍生物、烷基磷酸酯以及苯基磷酸酯等。含卤化合物阻燃效率高，添加量少，但是由于会释放有毒、腐蚀性的气体并且含氟化合物能够对臭氧层产生破坏作用，其使用受到很大限制甚至被禁止。

目前阻燃剂主要向无卤化方向发展。无机金属氧化物与氢氧化物通过受热分解可以产生大量的热，降低聚合物表面温度，同时水合物及氢氧化物还能够分解出水蒸汽，从而稀释聚合物表面的可燃气体浓度并进一步降低表面温度，进而达到阻燃的目的。无机阻燃剂由于具有稳定性高、不易挥发、烟气毒性低、价格低廉和可利用资源丰富等优点，在各类添加型阻燃剂市场中仍然占据着主要地位，但同时存在填充量大、与聚合物相容性差等缺点，对材料的各方面使用性能影响较大。就当前的消耗量而言，无机阻燃剂可以占到各类阻燃剂使用量总和的一半以上，远高于其他各类添加型阻燃剂。

1.6常用阻燃剂应用进展[5]

无机氢氧化物阻燃剂：无机氢氧化物阻燃剂在聚合物中添加量很大，严重影响材料的加工性能及物理机械性能。为解决与基材的相容性问题，通常需要采用一些技术手段进行处理： 1.6.1超细化阻燃剂

通过采用无机金属氢氧化物的超细化或纳米级颗粒提高阻燃剂与基体材料的相容性，新近开发的超细化氢氧化铝和氢氧化镁是一种绿色环保阻燃剂，因其具有的无卤、无毒、抑烟和价廉特性而备受青睐，有着广阔的应用前景，市场占有率也在不断增加。 1.6.2阻燃剂表面处理改性

通过改善阻燃添加剂在有机高分子聚合物中的表面亲和力，改善其加工性能，提高复合材料的物理机械性能，同时还能够减少由于添加剂与基体材料不相容而引发的其他方面性能的恶化。经过研究发现，聚合物的分子链可以通过与长分子链的偶联剂相互交织作用提高材料的抗冲击性能，而对无机添加剂使用偶联剂表面改性后，材料的抗冲击性能得到显著提高。 1.6.3利用阻燃元素的协同效应，提高阻燃剂阻燃效率，降低阻燃剂用量

Lewin等人研究了一系列金属化合物的协效效率，包括锰、锌、镁、铝、钙、钡、钒、钴、镍、铜、钼、锆、铬等元素的氧化物、醋酸盐、硼酸盐以及硫酸盐等。 1.6.4微胶囊化处理

经过研究发现，采用原位反应方式制备的聚苯乙烯微胶囊化氢氧化镁能够明显提高高抗冲聚苯乙烯材料的流变性能，改善阻燃添加剂在基体材料中的分散性，增强界面的相互作用，从而提高材料的综合性能。

磷系阻燃剂：磷系阻燃剂也可分为有机磷系阻燃剂和无机磷系阻燃剂两大类。磷酸酯、亚磷酸酯、含磷多元醇以及膦酸酯等含磷化合物是最为常见的有机磷系阻燃剂。磷酸酯类阻燃剂因其具有阻燃和增塑的双重功效而拥有最为广泛的应用，同时还能够使材料加工时的流变性能得到提高。无机磷系阻燃剂主要有红磷、三聚氰胺磷酸盐等磷氮类化合物、磷酸铵以及聚磷酸铵等，其中应用最广泛的是聚磷酸铵与红磷。聚磷酸铵是一种含磷含氮的高效阻燃剂，因其具有膨胀效果而更有利于降低基体树脂的产烟量并提高材料

的抗低落性能。红磷可用于多种高分子聚合物的阻燃，对含氧聚合物的阻燃效果尤佳。但是红磷易吸湿潮解、易使被阻燃基材染色、与基材树脂的相容性差以及与氧及水接触会生成有毒性的PH3气体等内在缺陷一定程度上限制了其在阻燃高分子领域的应用。对红磷进行微胶囊化处理能够很好地解决红磷作为阻燃剂所存在的一些缺点：微胶囊化红磷的壳层能够对红磷形成保护从而避免与水及氧气直接接触，同时避免由于冲击生热而自燃，并且能够改善与基材树脂的相容性，提高复合材料的机械性能，进而提高使用性能。微胶囊化红磷还可以通过壳层的合理选择来提高其阻燃效率，是一种低烟、低毒、性能稳定的高效阻燃剂。

硅系阻燃剂：硅系阻燃剂因其具有的诸多优点而得到了越来越多的关注，如在燃烧时能够生成具有隔热阻燃作用的炭层，降低火焰的传播速度等。有机硅化合物既有有机材料的憎水性，能够有效防潮，又有无机材料的电绝缘性能好、适用温度范围宽、化学性质稳定和生理惰性等优点，使材料易于脱模成型。研究表明，有机硅系阻燃剂能够有效缓解高分子聚合物的熔体低落，改善力学性能和机械加工性能，提高材料的阻燃及抑烟性能，是制备无卤阻燃低烟低毒阻燃材料的高效阻燃剂。硅元素还具有一定的阻燃协效作用，因此硅系阻燃剂还能够与其他阻燃剂复配使用形成一定的协同效应，提高材料的使用性能的同时大大提高阻燃效率。目前常用的硅系阻燃剂的阻燃技术手段主要有通过接枝反应在高分子材料分子中引入硅原子，基体材料中添加硅树脂粉末，硅橡胶与金属化合物复配使用以及基体材料中加入高摩尔质量硅油以改善材料成炭性等方式。含硅基团具有较高的热稳定性，其在PC与PC-ABS合金中的有着良好的阻燃效果，因此，有机硅阻燃剂应用于PC中的阻燃研究的开展也越来越多。聚合物纳米复合阻燃技术：聚合物纳米复合阻燃技术可以将高分子材料与纳米级无机材料有机结合，是近年来阻燃聚合物材料科学迅速发展的一个新领域。层状硅酸盐纳米复合材料在聚合物阻燃方面存在着应用价值的观点由日本学者Fuiiwara和Sakamoto于1976年首次提出，但是其纳米复合材料的热性能及燃烧性能的系统化研究直到近十几年来才逐步开展。美国国家标准技术研究所(NIST)下属的建筑和火灾研究实验室的Jeffrey等人在1998年10月率先对聚合物／粘土纳米复合材料的燃

烧性能及阻燃机理进行了研究。他们的研究结果认为这是一种有效的新型阻燃技术手段。层状硅酸盐的作用机理如下：纳米复合材料由于热分解燃烧而形成了炭层与硅酸盐的多层结构，从而在起到隔热作用，同时阻止了可燃气体的逸出；层状硅酸盐释放出的质子酸进一步催化了纳米复合材料热解过程中的交联、成炭反应。之后的数年时间里，Jeffrey W．Gilman、Charles A Wilkie、Takashi Kashiwagi以及胡源等人分别对多种聚合物/纳米复合材料进行了阻燃性能方面的研究，实验结果表明，对聚合物进行纳米复合后材料的平均热释放速率（HRR）和最大热释放速率（pHRR）都得到了大幅的降低。与传统阻燃处理方式相比，聚合物纳米复合阻燃技术是一种无卤清洁高效阻燃体系，可有效减少复合材料在燃烧过程中产生的“一次危害”与“二次危害”，从而在满足阻燃要求的条件下提高材料的使用性能。自然界中粘土等矿物质资源非常丰富，因此使用成本也能够大大降低。

膨胀型阻燃体系：膨胀型阻燃（IFR）体系在燃烧时能够通过氮磷协同作用在材料表面生成均匀致密的膨胀炭层，该炭层能够起到隔绝热量及空气流动，同时达到抑烟效果，并防止材料的熔融滴落，进而起到阻燃的作用。膨胀型阻燃体系具有无毒、无卤、阻燃效率高等优点，符合当代阻燃剂发展的环保要求，近年来受到了越来越多的关注，其阻燃机理的研究不断深化，新型膨胀阻燃体系的开发也越来越多。IFR体系通常由以下三个部分组成：（1）酸源，常见的有磷酸、硼酸、硫酸、磷酸铵盐、聚磷酸铵盐等可用作脱水剂的酸性物质，一般为无机酸，或者是在加热条件下能够生成无机酸的无机盐类。（2）炭源，加热时作为成炭剂，通常为含碳量高的多元醇化合物，如淀粉、乙二醇、季戊四醇类化合物以及三嗪衍生物等。（3）气源，用作发泡剂，加热时有气体释放，常用的为诸如尿素、三聚氰胺、脲醛树脂等含氮的多碳化合物。

膨胀阻燃体系主要通过酸源、炭源和气源的共同作用来发挥阻燃效果，其发挥作用的机理为：燃烧的低温阶段酸源释放酸性物质，对聚合物基体起到一定的脱水作用，提高随后高温阶段材料的成炭量，温度继续升高时无机酸与多元醇酯化反应进一步增加成炭量，聚合物的表面形成致密炭层，该炭层能够有效地隔绝空气以及热量的流动，同时阻滞由聚合物热解生成的可燃