红磷阻燃剂是以红磷为代表的一种阻燃剂,是一种紫红或略带棕色的无定形粉末,为有机无卤阻燃剂,具有优良的热稳定性,不挥发性,不产生腐蚀性气体,阻燃效果好,电绝缘性佳等特点。在使用过程中没有毒性危险,添加量少,不溶解,熔点高等优点。
红磷阻燃剂简介
红磷是一种容易燃烧的物质,却可以用作塑料、橡胶的阻燃剂,如果不是试验的真实结果,是很难让人相信的。红磷阻燃的机理比较复杂,一般认为是这样的,含有红磷的聚合物材料在燃烧时,红磷首先燃烧,生成五氧化二磷,五氧化二磷是一种强的吸水剂,快速脱去聚合物中的氢、氧元素,生成偏磷酸、磷酸等衍生物,聚合物材料表面则生成致密的焦炭层,阻断空气中的氧进入聚合物材料,从而阻断燃烧。
红磷,成分为单质磷,在所有磷产品中含磷量最高,用做阻燃剂,阻燃效率极高,一般添加8%就能达到1.6mmUL94V-0级阻燃。阻燃剂添加量少,对材料的机械强度下降小。红磷是一种无机物,热稳定性极好,在较高的加工温度下也不会发生分解,特别适合于工程塑料等含氧聚合物的阻燃,对玻纤增强或填充体系的阻燃效果更好。与卤素阻燃剂相比,更具有低烟、低毒、产品密度小、耐漏电痕迹指数值CTI高等特点。红磷阻燃剂中不含有铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚这六种有毒有害物质,符合欧盟RoHS规定,目前被认为是不会对环境造成危害的高效阻燃剂。红磷由于自身的特点:易变酸、易燃烧、粉尘大、暗红色等,不能直接用作阻燃剂,应用领域也受到颜色的限制。经过稳定化的红磷,再制成母料后,使用就方便得多了,白化红磷可以进一步扩大红磷阻燃剂的应用范围,生产各种颜色的产品。
红磷阻燃剂原理
单质磷是易燃物,但是在树脂中,红磷和其他含磷添加剂作用过程却不是单纯的氧化,含磷添加剂主要在凝聚相中作用,阻燃机理为:
第一步www.(aIhUaU.com
形成磷酸配作为脱水剂,并促进成炭,炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导。
第二步
磷酸可吸热,因为它阻止了CO氧化为CO2,降低了加热过程。
第三步
对凝聚相形成一层薄薄的玻璃状的或液态的保护层,因此降低了氧气扩散和气相与固相之间的热量和质量传递,抑制了炭氧化过程,降低了含磷阻燃剂受热分解发生如下变化:磷系阻燃剂→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸,聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物,具有强脱水性,在聚合物表合物与空气隔绝;脱出的水气吸收大量的热,使聚合物表面阻燃剂受热分解释放出挥发性磷化物,经质谱分析表明,存氢原子浓度大大降低,表明PO·捕获H·,即PO·+H·=HPO。
红磷阻燃剂经济应用
经济优势
我国是世界磷资源大国,资源储藏较为丰富,红磷属于无机物,具有较低的成本优势。由于红磷的阻燃效率较高、成本低廉且不含卤素,近年来在国内市场上得到了一定应用。能广泛用于多种树脂、不饱和树脂、热熔胶、橡胶、涂料等产品的阻燃。
目前,无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂一直是人们追求的目标,近年来全球一些阻燃剂供应和应用商对阻燃无卤化表现出较高热情,对无卤阻燃剂及阻燃材料的开发也投入了很大的力量。据分析,无卤阻燃剂主要品种为磷系阻燃剂及无机水合物,磷系阻燃剂中主要有包括红磷阻燃剂。
磷系列阻燃剂中可能红磷的阻燃效果最好、阻燃效率也最高、因为红磷理论来说是完全的磷单质,磷含量可达100%,虽然包覆后磷含量有所下降,但是还是远远高于其它磷的化合物,加之包覆后的红磷吸潮性和加工热稳定性与存储、运输上的更加便利,所以红磷目前成为磷系列阻燃剂中才热塑性材料中使用最为广泛的。
安全隐患及不利因素
但是其弱点首先表现在颜色必须为红色或者配合黑色,这个就极大的限制了其在很多材料中的应用,另外,红磷虽然经过包覆,但是限于工艺和原料的种种原因,在使用过程中还是可能会不可避免的引发“火灾”,更为严重的是红磷的加工特性比较差,与树脂的相容性也不太好、加工制作的材料力学性能很差,再加之生产过程中的“恶臭”的味道使得其很难在高档材料中得以推广。
随着新的技术在发展,研究人员利用胶囊包覆技术、采用不同的囊才、采取多重包覆的工艺技术,在颜色上也取得了突破,实现了包覆后表面白色的白度化红磷,基本上克服了红磷容易吸潮、易氧化的问题,同时也突破了颜色上的局限,这种新型的白度化胶囊红磷,也叫白度化红磷阻燃剂,将会迎来新的发展契机。