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嘉峪檢測網 2021-10-15 20:30
阻燃型高分子材料按照阻燃元素與高分子基體的結合方式主要可分為本征型阻燃高分子材料和添加型阻燃高分子材料。添加型阻燃高分子材料大家已經非常熟悉，今天我們主要聊聊本征型阻燃高分子材料。
衡量塑料易燃程度的一個參數是氧指數，簡稱OI，是在規定條件下，試樣在氧、氮混合氣流中，維持平穩燃燒所需的最低氧氣濃度，以氧所占體積百分數表示。
氧指數越高表示材料越不易燃燒，空氣中的氧氣含量為21%，一般認為氧指數＜22屬于易燃材料，氧指數在22～27之間屬可燃材料，氧指數＞27屬難燃材料。以下是各種不同塑料的氧指數。
當聚合物本身就比較難燃，不需要添加外加型阻燃劑時就具有阻燃效果的高分子材料就是本征型阻燃高分子材料，如PVC，PPS，PVDC等。
從結構上看，本征型阻燃高分子材料是指在聚合物主鏈或側鏈中含有具有阻燃效果的原子或基團（如氮、硅、磷及鹵素等），當高分子材料受熱發生燃燒后， 這些原子發生化學反應， 產生難燃氣體， 從而抑制火勢蔓延的發生。
一些易燃、可燃的高分子材料可以通過聚合時引入阻燃元素變成本征阻燃聚合物。
制備本征型阻燃高分子材料， 通常是先利用分子設計的方法制備出含有磷、硅、氮等原子的聚合單體， 然后再通過進一步聚合將磷、硅、氮等元素引入到聚合物的主鏈中。其中，9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO）是一種較常用于合成含磷元素單體的化合物。
1. 本征阻燃水性聚氨酯
郭軍紅等利用順丁烯二酸酐和DOPO制備了一種含磷元素的單體， 然后與二元酸和二元醇反應制備含有磷元素的聚酯二元醇， 再進一步與甲苯二異氰酸酯縮合， 制備了含有磷元素的本征阻燃型水性聚氨酯。通過改變原料投料比例， 可以對聚氨酯主鏈中磷元素的含量進行調控。結果表明， 當磷元素質量分數為2.5%時， 所制本征阻燃型水性聚氨酯的極限氧指數高達34.0%， 為難燃材料。
2. 本征阻燃熱塑性聚氨酯
崔錦峰等以DOPO、順丁烯二酸酐、二元酸、二元醇 為原料制備了一種含有磷元素的聚酯二元醇， 然后將其與甲苯二異氰酸酯縮合， 制備了一種本征阻燃型熱塑性聚氨酯彈性體。通過調整各原料配比， 可靈活調節聚氨酯主鏈中磷元素的含量， 且隨著磷元素含量的提升， 熱塑性聚氨酯彈性體的極限氧指數逐漸升高， 阻燃性能逐漸改善。當磷元素質量分數為1.0%時， 熱塑性聚氨酯彈性體的極限氧指數達38.0%。
而均環三嗪是含氮元素本征阻燃型高分子材料中最常見的結構。
3. 本征阻燃聚氨酯泡沫
魏路以三聚氰胺、苯酚和甲醛為原料，制備了一種含有氮元素的聚醚多元醇，將其與聚甲撐聚苯基氰酸酯縮合， 制備了一種含有三嗪環結構的本征阻燃型聚氨酯泡沫，其極限氧指數達24.2%～ 24.8%， 而多元醇聚醚4110基聚氨酯泡沫的極限氧指數僅為18.1%。
4. 本征阻燃PET
陳琳等制備了一種含有苯酰亞胺結構的間苯二甲酸甲酯， 將其與對苯二甲酸、乙二醇縮合， 制備了一種側鏈含有苯酰亞胺結構的聚對苯二甲酸乙二酯。當苯酰亞胺結構質量分數為10%～ 20%時，聚對苯二甲酸乙二酯的極限氧指數均高于26.0%；當苯酰亞胺結構質量分數為20%時，聚對苯二甲酸乙二酯的極限氧指數可達29.0%，而純聚對苯二甲酸乙二酯的極限氧指數僅為22.0%。
同時引入多種阻燃元素
除了單獨向聚合物主鏈中引入磷、氮等元素外， 還可以通過分子設計手段同時向聚合物主鏈或側鏈中引入兩種或兩種以上具有阻燃效果的元素， 利用不同元素之間的協同阻燃作用， 進一 步改善高分子材料的阻燃性能。
5. 本征阻燃環氧樹脂
王永珍以對氨基苯酚、馬來酸酐、三聚氯氰、DOPO為原料，制備了一系列均環三嗪以及含磷元素的均環三嗪， 并利用其作為固化劑制備了含有氮元素以及兼具氮元素和磷元素的環氧樹脂。結果表明， 磷元素與氮元素的協同阻燃作用可有效提高環氧樹脂的極限氧指數，改善其阻燃性能。當磷元素質量分數為0.70%～0.79%，均環三嗪質量分數為0.24%～ 0.88%時，所制環氧樹脂的極限氧指數高達35.6%～ 41.8%。
姚曉皓制備了一種含有磷元素和均環三嗪結構的固化劑，并將其應用于環氧樹脂的固化。結果表明，當磷元素質量分數為1.50%時， 所制環氧樹脂的極限氧指數達 32.7%～ 35.4%。
6. 本征阻燃聚酰胺
東華大學李發學教授團隊的祝陳晨、范碩為獲得長效阻燃的PA6材料，以實驗室自制的一種反應型硅系阻燃劑為共聚單元，通過化學共聚法將其引入PA6 的分子主鏈中，制備得到本征阻燃的PA6共聚物 ，反應型硅系阻燃劑鏈段被成功引入PA6主鏈，且PA6共聚物的熱穩定性良好，成炭能力顯著增強，其極限氧指數可達26.3％，垂直燃燒等級為V-0級別，有焰熔滴行為被有效抑制。
來源：艾邦高分子
