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磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理主要是形成隔離膜來(lái)達(dá)到阻燃效果，形成隔離膜的方式有2種。
(1)利用阻燃劑的熱降解產(chǎn)物促使聚合物表面迅速脫水而炭化，進(jìn)而形成炭化層。由于單質(zhì)碳不進(jìn)行產(chǎn)生火焰的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒，因此，具有阻燃保護(hù)作用。磷系阻燃劑對(duì)含氧聚合物的阻燃作用就是通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)的。其原因是含磷化合物熱分解得到的最終產(chǎn)物是聚偏磷酸，而它是強(qiáng)脫水劑。
磷系阻燃劑
(2)磷系阻燃劑在燃燒溫度下分解生成不揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì)，它包覆在聚合物的表面，這種致密的保護(hù)層起隔離層的作用。
磷系阻燃劑的分類(lèi)
磷系阻燃劑根據(jù)磷系阻燃劑的組成和結(jié)構(gòu)，可以分為無(wú)機(jī)磷系阻燃劑和有機(jī)磷系阻燃劑兩大
類(lèi)。無(wú)機(jī)磷系阻燃劑包括紅磷、磷酸銨鹽和聚磷酸銨等。有機(jī)磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯和鱗鹽等。下述闡述一下幾種常用磷系阻燃劑的特點(diǎn)。
無(wú)機(jī)磷系阻燃劑
無(wú)機(jī)阻燃劑歷史悠久，主要是紅磷、聚磷酸銨(APP)、磷酸二氫銨等磷酸鹽，受熱分解出磷酸、偏磷酸和H2O等，并促進(jìn)成炭覆于基材的表面起到阻燃的效果。應(yīng)用于pvc、尼龍環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯和聚酰胺等，尤其是對(duì)后兩類(lèi)更為普遍。作為一種老牌阻燃劑，其無(wú)鹵、低毒、穩(wěn)定、效果持久等優(yōu)勢(shì)，使其在無(wú)機(jī)阻燃劑中占有很重的地位。1963年，由德國(guó)拜耳公司推出紅磷阻燃劑以來(lái)，一直在研究塑料阻燃劑用紅磷的穩(wěn)定方法。
紅磷
紅磷是一種性能優(yōu)良的阻燃劑，具有高效、抑煙、低毒的阻燃效果，紅磷在400℃受熱分解，，解聚形成白磷，白磷在水汽存在下被氧化成粘性的磷的含氧酸，這類(lèi)酸即覆蓋于被阻燃材料表面，又促使材料表面加速脫水炭化，形成炭層。液膜和炭層可起到蓄熱、阻止氣體交換的作用，保護(hù)下層不再被繼續(xù)氧化，起到阻燃作用。但是在實(shí)際應(yīng)用中易吸潮、氧化、并放出劇毒氣體，粉塵易爆炸，而其呈深紅色，在與樹(shù)脂混煉、模塑等加工操作過(guò)程中存在著火危險(xiǎn)，且與樹(shù)脂相容性差，不宜分散均勻，導(dǎo)致基材物理性能下降。為了克服這些缺點(diǎn)，紅磷顆粒的表面改性處理成為重要研究課題之一。
在我國(guó)，由于紅磷作為阻燃劑未廣泛使用，故國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)較少。但鑒于它有著廣泛的市場(chǎng)前景，應(yīng)引起注意和重視。由于微膠囊能保護(hù)物質(zhì)免受環(huán)境影響，改變物質(zhì)質(zhì)量、狀態(tài)或表面性能，隔離活性成分，降低揮發(fā)性和毒性等多種作用，所以將該技術(shù)應(yīng)用于無(wú)機(jī)阻燃劑，就可以防止無(wú)機(jī)阻燃劑遷移、提高阻燃效果、改善熱穩(wěn)定性等。
目前，微膠囊技術(shù)在無(wú)機(jī)阻燃劑中的工業(yè)化應(yīng)用主要是微膠囊化紅磷，經(jīng)包覆處理的紅磷具有低煙、低毒、無(wú)鹵、相容性好、物化性能優(yōu)良等特點(diǎn)。李玉榮等研制出了一種無(wú)機(jī)和有機(jī)雙層包覆紅磷(即IO紅磷)，作為礦井用阻燃抗靜電橡膠和像塑導(dǎo)風(fēng)筒，以及礦用阻燃聚乙烯塑料棚網(wǎng)，均表現(xiàn)出良好的阻燃效果，同時(shí)，減少了鹵系阻燃劑和Sb2O3的用量，降低了阻燃制品燃燒時(shí)產(chǎn)生的有害氣體。目前商品化的品種有：ClariantWC公司的ExolitRP，Albright&Wilson公司的AMGARD和AMGARDCPC系列，AmgardCRP和AmgardGHT系列，日本的RINKA系列等。
另外紅磷具有抑煙效果，可以尋找合適的消煙劑與之進(jìn)行復(fù)配，火災(zāi)中抑煙比防火更重要，促進(jìn)發(fā)展消煙技術(shù)。
聚磷酸銨
聚磷酸銨(APP)是一種性能良好的無(wú)機(jī)磷阻燃劑，是目前磷系阻燃劑比較活躍的研究領(lǐng)域。APP的P-N阻燃元素含量高、熱穩(wěn)定性好，產(chǎn)品近乎于中性;另外價(jià)廉、毒性低、阻燃性能持久，可單獨(dú)或與其它阻燃劑復(fù)合用于塑料的阻燃。另外，聚磷酸是強(qiáng)脫水劑，可使聚合物脫水炭化形成炭層，隔絕聚合物與氧氣的接觸，在固相起阻止燃燒的作用。
APP是聚烯烴、鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)涂層、膠粘水泥、密封料、PU泡沫、酚醛和用于復(fù)合材料、織物、紙張和木材的不飽和聚酯和環(huán)氧樹(shù)脂的良好的阻燃劑，要更高熱穩(wěn)定性則需要用有機(jī)磷酸酯。
聚磷酸銨雖然成本低廉，使用方便，阻燃效果好，但隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開(kāi)拓，也暴露了它的一些缺點(diǎn)，如在空氣中容易吸潮，手感發(fā)粘且對(duì)棉織物的強(qiáng)度影響較大，用于紙張會(huì)使紙張發(fā)黃變脆。
通過(guò)聚磷酸銨的微膠囊化可以減輕以上一系列不良影響;提高聚磷酸銨阻燃整體效應(yīng)的另一個(gè)途徑就是用偶聯(lián)劑，如用含硅化合物進(jìn)行表面處理，使其成為具有流動(dòng)性的細(xì)粉，增強(qiáng)與塑料的相容性和加工流動(dòng)性，并提高其阻燃性。另一方面，提高聚磷酸銨的聚合度也可以增強(qiáng)它的阻燃整體效果。
據(jù)報(bào)道，P含量為30.5%的APP與季戊四醇并用具有更高的阻燃性。同時(shí)AP與金屬氧化物(如二氧化錳)、無(wú)機(jī)填料(沸石)及其它阻燃劑均具有良好的協(xié)同效應(yīng)。
聚磷酸銨為白色粉末，分解溫度高于256℃。聚磷酸銨比有機(jī)阻燃劑價(jià)格低，毒性小，熱穩(wěn)定性好，可單獨(dú)使用也可以與其它阻燃劑配合使用。而以長(zhǎng)鏈聚磷酸銨為基礎(chǔ)的膨脹性阻燃體系則是當(dāng)前無(wú)鹵阻燃聚烯烴研究的熱點(diǎn)，在聚烯烴加工改性中顯示出良好的發(fā)展情景。
