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可做炸药的阻燃剂填料 红磷粉体的两面性

   日期:2019-03-01     来源:粉体圈    浏览:64    评论:0    
核心提示:红磷除了可用于制作火柴及炸药等具有燃烧爆裂性质的产品外,还有一种似乎与之背道而驰的应用,那就是阻燃剂填料。或许会有人很奇怪,为什么同一种物质的应用可以如此两极化。但若你了解过红磷阻燃剂的应用机制,这个疑惑自然就迎刃而解。
关于磷(P)这种物质,学过化学的都不会陌生,其中“红磷”便是磷的同素异形体之一。从古至今,红磷有诸多应用,除了炸药外最为人知的应该就是火柴盒的侧面摩擦条。当划火柴时,含有氧化剂(KClO3)、易燃物(如硫等)的火柴头和火柴盒侧面摩擦发热,放出的热量使KClO3分解,产生少量氧气,使红磷发火,从而引起火柴头上易燃物(如硫)燃烧,这样火柴便划着了。

但这并不是红磷的全貌,除了可用于制作火柴及炸药等具有燃烧爆裂性质的产品外,红磷还有一种似乎与之背道而驰的应用,那就是阻燃剂填料。或许会有人很奇怪,为什么同一种物质的应用可以如此两极化。但若你了解过红磷阻燃剂的应用机制,这个疑惑自然就迎刃而解。

01
红磷的阻燃机制

作为无机阻燃剂,具有阻燃效果持久、热稳定性好、无卤素等优点的红磷阻燃剂无疑赢在了起跑点。红磷(RP)亦称赤磷,是由白磷在隔绝空气的条件下加热转化而得的紫红色无定形粉末,无毒无臭,具有金属光泽。它与白磷的不同在于:白磷由P4分子组成,分子中的磷原子形成四面体,在空气中会自燃;红磷也由P4分子组成,但P4中的一个键断开并聚合形成高分子结构,其着火点为240℃,因此在空气中非常稳定。

在400~450℃的燃烧环境下,红磷会解聚成白磷,白磷在水气的存在下被氧化,形成粘性的磷的含氧酸(如偏磷酸),这类酸既可覆盖在材料表面,又可在材料表面脱水炭化形成液膜和炭层,将外界的氧、热、挥发性可燃物与高聚物基质隔开,中断燃烧;而在燃烧时,红磷与氧形成的PO·自由基还可以捕获火焰中大量的H·与OH·自由基,因此具有阻燃性。

02
红磷阻燃剂的改进方法

不过红磷用于阻燃剂的时候也存在一些弊端,譬如说它极易吸潮和氧化,会在表面慢慢形成磷的氧化物或酸,同时放出剧毒的磷化氢;其次红磷与大多数塑料基体聚合物相容性不好,影响材料性能;最后红磷对热、摩擦和冲击相当敏感,在使用中存在安全隐患。因此需要对其做适当的稳定化处理以获得更大的应用前景。

处理红磷的方法很多,最有效的方法是对它进行包覆,即微胶囊化,制造出微胶囊红磷阻燃剂。关于这种微胶囊红磷阻燃剂的制备工艺与优势,曾参加过珠海粉体检测与表面修饰技术创新论坛、以无卤阻燃剂为主要产品的苏州市安特菲尔新材料有限公司的刘丽总经理为小编详细地介绍了一番。

微胶囊包覆红磷阻燃剂,是安菲尔特新材料有限公司的拳头产品,具有价格低,产品阻燃高效的特点。

红磷的微胶囊化处理是通过物理或化学方法在细微红磷粒子表面包覆一层有一定强度的连续、致密无机物或高分子树脂薄膜,通过囊材将芯材保护起来使得红磷和外界隔绝,当这种微胶囊红磷添加到聚合物中,基材燃烧时,胶囊破裂进而发挥阻燃作用。

按照囊材的不同,红磷微胶囊化的方法可分无机包覆法、有机包覆法及无机-有机复合包覆法;而按照制备工艺的不同,则能分为界面聚合法、原位聚合法、溶胶-凝胶法、溶剂蒸发法及超临界法等。

经过微胶囊技术处理后,红磷阻燃剂与高分子材料的相容性、抗冲击强度都得到了提高,在加工过程中更安全、不产生有毒气体,且细度高、粒径范围分布窄、分散性好,可广泛应用于PP、PE、PET、EVA、PC、PBT、EEA等热塑性树脂,环氧、酚醛、硅橡胶等热固性树脂,以及丁二烯橡胶、乙丙橡胶等各种电缆料、输送带、工程塑料的阻燃。而且据刘丽总经理介绍,价格不到4万/吨的包覆红磷阻燃剂与价格大约在6万/吨的有卤阻燃剂相比,添加量仅需5-8%就可以达到有效阻燃,因此成本上更具优势,受到了大量客户的青睐。

另外值得一提的是,若微胶囊红磷与氢氧化铝、膨胀性石墨等无机阻燃剂复配使用,制成复合型磷/镁、磷/铝、磷/石墨等非卤阻燃剂,还能产生阻燃协同效应,使阻燃剂用量大幅降低,从而改善塑料制品的加工性能和物理机械性能。

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