聚丙烯(pp)阻燃剂的选择浅析

    阻燃剂其按元素种类分为：卤系、磷系、卤-磷系、氮系、硅系、铝镁系等，按化学结构分为无机阻燃剂、有机阻燃剂、高分子阻燃剂等，按阻燃剂与被阻燃材料关系分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。

    通常在塑料阻燃改性中常采用的方法是添加型阻燃剂共混改性。PP（聚丙烯）阻燃常采用的阻燃剂包括：铝镁系阻燃剂，即氢氧化镁、氢氧化铝；磷系阻燃剂，红磷母粒等；氮系阻燃剂MCA、MA等；有些还采用有机硅阻燃剂。

    聚丙烯质地发脆，抗冲击性能较差，如果在聚丙烯中引入相溶性差或亲和力差的无机材料，客观上起到了填充作用，往往会使聚丙烯的机械性能更加恶化，拉伸强度、冲击强度可能会远远不能满足指标，目前改善的方法常采用增韧剂增韧，增韧剂价格高，增韧的同时材料的刚性又变差，很可能失去使用聚丙烯原本价值。所以对于聚丙烯最好不采用无机填充方式改性或降低成本，在充分利用其自身特点同时适当改进性能指标为上策。

    做阻燃聚丙烯通常采用的阻燃剂有卤系（一般为溴系）；无机的氢氧化镁、氢氧化铝；磷系，红磷等；氮系MCA、MA等及有机硅系。

    氢氧化镁等属于无机阻燃剂，阻燃机理是燃烧时释放出结合的水，同时高填充量也降低了有机材料的可燃性。用氢氧化镁等阻燃优点是环保性好，不释放烟雾，不产生有害和有争议的气体，成本低廉。缺点是添加量大且亲和力差，V0阻燃级别一般添加比例≥65％，这样高的添加量可以认为阻燃的PP中无机填料占到整个体系的2/5以上。直接导致的后果是阻燃PP比重大，超过1.5；拉伸强度由普通未阻燃PP的23左右下降到18以下；伸长率由23左右下降到1.3；冲击强度由15下降到1左右。严重恶化了PP的性能。所以往往被采用在软化点要求高而其它性能可以忽略的场合。

    磷系阻燃剂多为液体，闪点低，高温可能释放有毒气体，在聚丙烯中应用不多。固体的红磷也是PP阻燃常采用的阻燃剂，相比氢氧化镁等阻燃剂的高填充红磷阻燃剂有明显优势。其一般添加比例在8％－12％可以做到离火自熄，经过包覆处理的红磷吸潮性和易燃性大为改观。可以经受300℃以下的温度，在加工过程中一般不易失火。用红磷阻燃更加适用于黑色或红色制品，其它颜色很难对红色形成遮挡。红磷的另外缺点就是阻燃的材料氧指数比较低，相溶性不够好，流动性差。适合对制品外观、性能等要求不高的场合使用。

    溴类阻燃剂是卤系阻燃剂中的“代表作”，由于溴分子大于氯分子，且键能小，阻燃效率高。所以现在卤系阻燃剂多采用溴类。人们对卤素阻燃剂研究比较深入，透彻。原因是其阻燃效果好，效率高，使用方便，与树脂相溶性最好且便于加工，用其阻燃的制品力学性能好，且性价比高，技术成熟。常用于PP阻燃的卤系阻燃剂包括包括十溴二苯醚，四溴双酚A，八溴醚，十溴二苯乙烷，四溴醚，溴代聚苯乙烯，六溴环十二烷及氯化石蜡，得克隆，CPE等。其各自有其阻燃特点，十溴二苯醚是塑料阻燃剂的“老大哥”。其技术成熟，产量高，价格低，通用性强。在PP阻燃中也常常采用。目前面临的问题是欧盟的非议使其为原料的产品出口受到很大限制。十溴二苯乙烷是其升级品种，环保性能好，公认不含多溴联苯、多溴联苯醚，阻燃性能与十溴二苯醚几乎相当，主要是为了应对欧盟的RoHS指令，但是目前使用成本相对也要提高。八溴醚是阻燃PP最常用的阻燃剂，其主要特点是阻燃PP效率高，相对十溴二苯醚等达到相同阻燃等级其用量小很多，使用成本较为经济，但是八溴醚的致命缺点是不耐迁移，容易起霜，所以用其阻燃的PP经常出现表面冒霜现象。尤其用于带颜色的制品难以忍受。另外八溴醚在共聚聚丙烯和工程聚丙烯中阻燃效率大大降低，往往效果不很理想。其它类卤系阻燃剂在不考虑成本的情况下都可以用于聚丙烯。其在力学性能和加工适宜度方面各有优劣。

    溴系阻燃剂阻燃聚丙烯遇到的最大问题体现在环保性能，制品的机械性能和使用成本等方面。环保问题是溴系阻燃剂讨论最多的话题，自从RoHS指令颁布并实施，环保性就成为溴系阻燃剂经常争论的话题，对于出口型企业来说面临成本增加，利润降低，市场萎缩的考验。八溴二苯醚和六溴苯已经成为公认的“天敌”，产生“二恶英”已经成为公认，目前几乎市场难以见到，十溴二苯醚在备受争议之后被放在了豁免令里，虽然欧盟同意了，但其市场前景不容乐观，毕竟经历了“谈溴色变”的时代。一朝被蛇咬，十年怕井绳嘛。取而代之十溴二苯乙烷，因为目前还没有发现其燃烧时产生“二恶英”。十溴二苯乙烷目前在国内已经有多家工厂在生产，价格下降不少。其应用与十溴二苯醚近乎相同，理论上其耐迁移性要好于十溴二苯醚，实际结果往往低于预期值。使用十溴二苯乙烷阻燃聚丙烯V2级以上，阻燃剂与协效剂总量一般要超过总体系的12％，阻燃效率不是很理想。并且客观起到填充作用，材料的机械性能有恶化趋势。

    （阻燃母料）

    目前许多pp改性生产商开始采用阻燃母粒替代阻燃剂粉料对材料阻燃改性的方法，阻燃母粒也称阻燃母料、防火母粒。在国外称其为“浓缩物”，意之阻燃剂的浓缩。阻燃母粒产生已经有几十年历史，其最初主要是解决阻燃剂粉料使用过程中分散不均，扬尘污染严重的问题，经过历代的发展，大量科学手段和新型技术的应用，人们对阻燃母粒的研究已经不仅仅局限与分散、防止污染这些常规问题上了。其已经形成一个独立学科并发展成为一个独立的行业。大量的技术研究和应用使阻燃母粒成为高科技、高技术型的产品。阻燃母粒经过特别的工艺和原料组合，阻燃效率要比使用阻燃剂粉料大大提高，添加量的减少使得其比直接使用粉料更能降低成本，制品机械性能也更好。

    PP阻燃母粒目前已经成为聚丙烯阻燃改性通常采用的产品，其特性也得以加强，优势得以彰显。

    一般来说pp高效阻燃母粒需具备如下特点：

    采用进口或国产国标优级品阻燃原料

    阻燃效率高，同等阻燃标准下添加量小。阻燃效果明显，

    工艺成熟，亲和力极佳。在与聚丙烯配伍使用经熔融共混完全可以得到均匀稳定的分散体系。既降低了对材料物性的恶化，又使阻燃元素得到充分的利用，阻燃效率达到极致。

    耐迁移性好，使用后长期放置也不会出现冒霜现象。

    优良的耐候性，长期空气中放置也不会变黄、不失效。

    适应面广，对聚烯烃及苯乙烯类树脂都有良好的阻燃效果，用再生料做原料依然适用。

    环保，阻燃制品燃烧时不产生烟雾，不含重金属和多溴联苯、多溴联苯醚。符合欧盟环保标准（可提供SGS检测报告）。

    阻燃母料比重小，阻燃制品延展尺寸大，有利于制品的市场销售。

    工艺适宜广泛，挤出、注塑、吹膜、拉丝皆可。一般不影响正常生产程序，人工或机械混合均匀即可使用。卫生、方便，可行。

    综合性价比高，相对普通阻燃母料能够进一步降低成本，提高制品性能。