无卤膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的应用研究

张国辉

（大庆华科股份有限公司 163316）

无卤膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的应用研究

张国辉

（大庆华科股份有限公司 163316）

通过对比实验研究了两种新型氮磷体系膨胀型阻燃剂（PN－201、ANTI-6）对聚丙烯(PP)阻燃性能及力学性能的影响。结果表明：在PP中添加PN－201型阻燃剂23%有明显的成炭作用，可以获得良好的阻燃效果，又使PP具有优越的综合性能，阻燃PP材料的热稳定性也得到了提高。

聚丙烯；无卤阻燃；膨胀型阻燃剂

前言

聚丙烯(PP)具有绝缘性好、耐热性好、密度小等优点,在电子、机械、日用品等行业中被广泛使用。但由于它是碳氢类材料,易着火燃烧,使其在建筑和机械工业中的应用受到很大限制。目前对聚丙烯最有效的阻燃剂是卤系阻燃剂，但是其燃烧时会产生大量的黑烟和有毒致癌物质，严重的危害人们的健康和生命安全。为了保护环境和人类的健康，欧盟出台了《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》（简称RoHs指令），被我国家电业称为“欧盟绿指令”。“绿指令”将家电产品的绿色、环保门槛再度加高。对我国而言，我国家电业所用的阻燃剂仍以含卤阻燃剂为主。为此，2003年欧盟向中国发出贸易通牒，如果到2006年，中国还不能按欧盟RoHs指令使家用电器外壳材料达到欧盟要求，那么，欧盟将停止进口中国相关产品。由此，我国每年将损失2500亿元的相关产品的出口收入。因此，寻找无卤阻燃剂是阻燃研究的主要趋势。PP的无卤阻燃剂主要分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。无机阻燃剂有金属氢氧化物，如氢氧化铝、氢氧化镁。但其存在添加量大，极大降低PP的力学性能等缺点。所以有机氮磷体系无卤膨胀型阻燃剂以其添加量较少且对PP的力学性能影响较小、综合性能较好，近年来越来越受到重视。

1 实验

1.1 原料

聚丙烯（PP）,MI8-10 g/10min,华科聚丙烯二厂；无卤阻燃剂PN-201,河南濮阳诚科化工有限公司；无卤阻燃剂ANTI-6，上海海以工贸有限公司；抗氧剂1010、168，营口风光助剂厂。

1.2 主要设备（见表1）

1.3 工艺流程

配料混合→挤出造粒→注塑成型→放置→测试

1.4 性能测试

氧指数、垂直燃烧测试按GB/T 2406-93进行

拉伸强度测试按GB1040-79进行；

冲击强度测试按GB1039-79进行。

表1：实验所需设备

表2：PN-201填加量对聚丙烯燃烧性能的影响

表3：PN-201填加量对聚丙烯力学性能的影响

表4：ANTI-6填加量对聚丙烯燃烧性能的影响

表5：ANTI-6填加量对聚丙烯力学性能的影响

2 结果与讨论

2.1 无卤阻燃剂PN-201对聚丙烯性能的影响

2.1.1 无卤阻燃剂PN-201对聚丙烯燃烧性能的影响

将PN-201按不同配比量进行阻燃实验。不同阻燃剂含量对PP燃烧性能的影响见表2。

从表2可见，随着阻燃剂PN-201用量的增加，阻燃PP的燃烧级数逐渐变化，氧指数逐渐变大，但是当阻燃剂PN-201用量大于23%以后，氧指数达到33以上，同样燃烧级数也达到V-0级，且无滴落现象。这是因为在膨胀阻燃PP体系中，PN-201的加入使体系在燃烧过程中形成一种更加致密的炭层，对氧、热等起到阻碍作用。所以为保持PP良好的综合性能，在保证达到燃烧性能要求的基础上，最好选用23%左右的阻燃剂。

2.1.2 无卤阻燃剂PN-201对聚丙烯力学性能的影响

表3是PN-201用量对PP阻燃材料力学性能的影响。从表3中所列数据可以看出，随着阻燃剂PN-201用量的增加，拉伸强度逐渐下降，但下降变化幅度不大。当燃烧性能达到V-0级时，PN-201在PP中的含量为23%，从表中可以看出，在该配比下，其拉伸强度也达到29MPa以上。PN-201用量对PP阻燃材料的韧性影响比较大，随着PN-201用量的增加，PP阻燃材料的冲击强度逐渐降低，当 PN-201含量超过23%时，冲击强度下降的最大。所以阻燃PP材料中PN-201含量为23%时，各项性能都比较不错。随着阻燃剂含量的增加，PP阻燃材料的熔融指数也随之增加，可见阻燃剂的流动性比较好。

2.2 无卤阻燃剂ANTI-6对聚丙烯性能的影响

2.2.1 无卤阻燃剂ANTI-6对聚丙烯燃烧性能的影响

在相同加工工艺条件下，将ANTI-6按不同配比量进行对比阻燃实验。不同阻燃剂含量对PP燃烧性能的影响见表4。从表4可以看出，同样达到V-0级阻燃要求，ANTI-6的添加量要达到30%，高于PN-201的23%。

2.2.2 无卤阻燃剂ANTI-6对聚丙烯力学性能的影响

表5是ANTI-6用量对PP阻燃材料力学性能的影响。从表5中可以看出由于ANTI-6的添加量要大于PN-201，所以PP阻燃材料的拉伸强度和冲击强度都要低于PN-201填充体系。

3 结论

在同样达到V-0级阻燃要求时，PN-201的添加量要低于ANTI-6的添加量，PN-201的综合性能更佳。PN-201体系通过了放大生产，生产过程稳定，未发生水解发泡现象。

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张国辉：男，1979年8月，化工研发工程师，2001年齐齐哈尔大学高分子材料与科学工程专业毕业。现大庆华科股份有限公司科技开发分公司从事科研工作，先后担任阻燃PP系列专用料、阻燃ABS系列专用料、高光泽PP专用料项目负责人。2004年其负责的《高光泽PP专用料》项目获大庆市优秀新产品奖，2005年其负责的《电子电器阻燃聚丙烯专用料》项目获黑龙江省优秀新产品二等奖，2006年其负责的《PC/ABS合金材料》项目获大庆市政府科技进步一等奖。