阻燃性有机硅高分子材料的研究进展

王　刚

（广东联塑科技实业有限公司,广东　佛山　528318）

阻燃性有机硅高分子材料的研究进展

王刚

（广东联塑科技实业有限公司,广东佛山528318）

摘要：随着高分子材料的发展，阻燃剂以及阻燃材料的研制和应用也快速发展。因为材料性能以及环保方面的要求日益严格，所以传统上很多阻燃剂已经无法满足应用要求，这就要求开发环保、低毒的阻燃剂。有机硅高分子材料阻燃剂有着优异的性能以及环保性，因此应用潜力巨大。本文首先简要介绍阻燃剂尤其是有机阻燃剂，然后介绍有机硅阻燃剂的合成以及国内外的研究进展。

关键词：有机硅；高分子材料；阻燃性；研究

有机硅高分子材料以7.8键为主链，同时侧基为乙烯基、甲基以及苯基等有机基团，因为其特殊的结构而决定其出众的介电性、热稳定性以及生理惰性，在汽车制造、宇航以及医疗用品领域有着广泛的应用。这些领域的应有都要求有机硅高分子材料具备优异的阻燃性，所以研究具备阻燃性有机硅高分子材料有着重要的意义。

1　有机阻燃剂概述

阻燃剂主要是用来提高材料的抗燃性，从而避免材料被引燃并且要抑制火焰的传播。阻燃剂成为高分子材料发展的重要动力之一，使用量仅次于增塑剂。阻燃剂根据不同类型的化合物分成有机阻燃剂、无机阻燃剂以及有机-无机混合阻燃剂这几种类型。其中无机阻燃剂应用最为广泛，需求量占到阻燃剂总量的50％以上。理想阻燃剂需要有着阻燃效果好以及添加量少的优点，同时要无烟无毒从而避免环境污染，并且对其他材料的性能影响小，有着良好的加工性能好，热稳定性高并且价格便宜等特带你。阻燃剂的这些要求，决定着阻燃剂以及阻燃技术的发展放心。有机阻燃剂有着添加量少以及基材相容性好的优点，同时对阻燃制品性能的影响也更小，不过现有的有机阻燃剂在燃烧时发烟量大同时挥发性大，热稳定性以及水解稳定性都比较差。目前研究的有机阻燃剂有氮系阻燃剂、卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂以及硅系阻燃剂等。

2　有机硅阻燃剂的合成

有机硅高分子材料近年来开发出来的新型高效环保的无卤阻燃剂，作为成炭型的抑烟剂，能够赋予高聚物在阻燃以及抑烟的过程中，还可以改善材料的机械强度以及加工性能。作用机理主要是硅氧烷燃烧过程中能够生成硅，进而碳阻隔层能够隔绝树脂与氧气的接触，避免熔体滴落，因此实现阻燃效果。有机硅阻燃剂有着热稳定性良好的特点，这是由分子主链的-Si-O-键所决定。有机硅闪点绝大多数都高于300℃，所有具有难燃性。较为常见的有硅油、硅树脂、硅橡胶以及聚硅氧烷等。目前市场应用的有机硅阻燃剂打斗是美国通用电器提供的SFR-100，是一种黏稠透明的硅酮聚合物，能够与各种协同剂例如多磷酸胺等并用，已经使用在聚烯烃阻燃，低用量可以满足阻燃要求，高用量能够赋予基材有意的抑烟性以及阻燃性。研究人员通过研究有机硅高分子材料的阻燃性，发现在PU弹性体当中加入粉末状环氧以及硅氧烷，只需要加入5％，就能够使HRR降低到80％，液态的硅氧烷则能够降低HRR到50％。通过分析阻燃PP，还能够发现有机硅的复合物对PP有着明显的阻燃以及减少熔滴效果。

3　有机硅阻燃剂的国内外研究进展

（1）国外研究进展。1981年坎贝尔等人发表关于聚碳酸酯与聚二甲基硅氧烷（PDMS）的共混，能够提高PC阻燃性的报告。不过PSMS自身阻燃效果不够理想，为了改善阻燃性能，需要在其结构当中加入反应性官能团，例如端羟基、氨基以及环氧基等，如下图所示。

带端羟基、氨基以及环氧基的聚硅氧烷示意图

1983年，GE公司采用1-40wt％的硅胶或者线性硅油，1-20wt％的有机化合物例如硬脂酸镁和1-20wt％的有机硅树脂制备热塑性塑料使用的有机硅阻燃剂，能够广泛应用于热塑性塑料。1985年，GE公司继续开发用于尼龙树脂的有机硅阻燃剂，通过添加10-50wt％，能够达到理想的阻燃效果。1990年，GE公司通过二羟基苯酚与羟基芳香酯硅氧烷进行光气化反应制备出有机硅-聚碳酸酯共聚物，用来做阻燃绝缘层，同时与2003年研制聚碳酸酯硅氧烷阻燃材料，在加工流动性以及阻燃性方面性能良好。日本的三菱瓦斯化学公司在羟苯基烷基封端的聚二甲基硅氧烷合成有机硅阻燃剂领域进行了大量研究工作，并合成含有聚硅氧烷链段的一系列阻燃剂，有着良好的耐热性、阻燃性、透明性以及低温冲击强度。日本NEC公司研发商品化的硅酮系阻燃剂“XC-99-B56-54，是一种带有芳香基同时含有支链结构的聚硅氧烷，突出特点是对分子结构当中的苯基含量以及功能端基反应性科学设计，从而达到最理想的水平。比聚甲基硅氧烷有着更好的分散性，对PC／ABS、PC合金具较高的阻燃性。

（2）国内研究进展。我国科研机构也在有机硅高分子材料的阻燃性方面进行了大量工作。欧育湘等人对有机硅阻燃剂SFR-100性能和PE应用的效果展开了详细的研究，SFR-100是非卤成炭型的阻燃剂，一方面赋予聚烯烃良好的阻燃抑烟性，另一方面也改善材料加工性能，同时提高材料机械强度。华东理工大学的刘述梅以及王瑜润等合成苯基含量高的硅树脂阻燃剂，实验表明如果硅树脂中的苯基含量在80％～90％之间时，阻燃效果最优并且对机械性能的影响也最低。哈工大的黄玉东以及孙举涛等人用苯基氯硅烷以及甲基为单体合成耐高温的有机硅树脂，不过在空气气氛之下，因为有机基团出现氧化分解而导致硅树脂阻燃性有一定程度的下降。浙江大学的杨辉以及周文君等人通过水解缩合法制备有机硅树脂阻燃剂，在800℃以及N2气氛之下，热失重控制在38％之下，热稳定性优异，通过往PC添加5％（质量分数）之后，氧指数从25％进一步提高到35％。

4　结语

总而言之，有机硅高分子材料有着性能优异以及环保的优点，符合目前阻燃剂发展的趋势，一方面能够提高阻燃效果，同时还能够改善材料的加工性能以及机械性能。有机硅高分子材料阻燃剂的各方面发展处于起步阶段，简化其合成工艺从而降低成本是有机硅阻燃剂继续发展的关键内容。

参考文献：

［1］欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料［M］.北京：国防工业出版，2011.

［2］阻燃剂应用研究综述叨.化工中间体［J］.2007.

［3］吕丹.聚合物的阻燃及阻燃剂的研究进展［J］.广东化工，2009.

［4］李继彦，吴伯麟，刘志锋.无机阻燃剂及其应用的几个问题［J］.塑料工业，2007.