最受业内关注的尼龙阻燃系统是什么？大数据+盘点带您了解
发布时间：2022-07-01
尼龙（PA）是分子链结构中含有酰胺键的热塑性树脂。由于其具有较好的力学性能和使用性能，尼龙在汽车、机械、电子、化工等领域均得到了广泛应用，成为目前世界上产量最大、应用范围最广的工程塑料。
但是，尼龙材料无阻燃性，当采用玻璃纤维增强改性时，会产生“烛芯效应”，使材料的阻燃性能显著降低。因此，整个行业都极为关注尼龙的阻燃改性。
一、尼龙阻燃的热点是什么？
根据一份对近三十年来国内外尼龙阻燃领域的研究开发状况进行总结及分析，得出了如下结论：
国内尼龙阻燃学术论文研究热点分析
（a）研究主题 （b）研究关键词
由图可知，新型阻燃剂、阻燃尼龙复合材料的研究开发是目前研究的热点问题，同时，阻燃研究中最受关注的尼龙种类是尼龙 6 和尼龙 66。
未经阻燃改性的尼龙的阻燃性较差。不同种类尼龙的氧指数不同，其中，尼龙 66 氧指数为 24.3% ，尼龙 1010 氧指数为 25.5% ，尼龙 6 氧指数为 26.4% 。而在垂直燃烧测试过程中，尼龙的熔滴现象导致使用过程中具有潜在的火灾危险。尼龙新型阻燃剂的合成及反应性阻燃技术是目前该领域的主要研究内容，而早期广泛采用的含卤阻燃体系虽然仅添加少量即具有较好的阻燃效果，但是，含卤阻燃剂在燃烧过程中会分解产生二噁英等，对环境生态有害的有毒气体。因此，在继续研究新型阻燃技术的同时，无卤阻燃也已成为研究的主流趋势。
另外，“力学性能”、“增强”、“玻璃纤维”、“增韧”等关键词的比例约为 10%。因此，阻燃性能提高的同时，保持材料的力学性能仍是研究热点，这与无卤阻燃剂添加量较大，对材料的力学性能影响较大有一定的关系。
因此，寻找可以使材料力学性能提升的方法也成为尼龙阻燃研究的热点。添加玻璃纤维增强改性虽然是目前较为普遍的改善复合材料力学性能的方法，但是会产生“烛芯效应”。因此，在玻纤增强的尼龙材料中，需要特别注意阻燃体系的设计。
二、什么是更受关注的阻燃体系？
目前，无卤阻燃剂在尼龙阻燃中的应用均较广泛。其中，含磷阻燃剂在尼龙无卤阻燃技术中的应用最多，与其他氮系、硅系阻燃剂复配使用的频率较高。
而尼龙阻燃复配体系中，研究较为完善、应用范围最广的是磷-氮复配体系，国内外关于磷氮协效阻燃机理的研究也日益完善。
三、关于无卤阻燃体系
从图中可以看出，包括红磷、次膦酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）在内的含磷阻燃剂在尼龙阻燃中应用的频率均较高。
国内不同尼龙阻燃剂论文发表数量年度趋势
1、磷系阻燃剂
根据结构和组成的不同，分为无机磷系和有机磷系阻燃剂两大类。无机磷系阻燃剂主要包括红磷、聚磷酸铵及磷酸盐等；有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、磷酸酯及有机次磷酸盐等。磷系阻燃剂虽然具有较高的阻燃效率，但是，在使用过程中会释放对人体有害的磷化氢气体，通过相关改性可有效抑制。适用于尼龙的磷系阻燃剂主要有红磷、聚磷酸铵（APP）等。
（1）红磷
红磷的优点是有效磷含量高，在燃烧时比其它含磷化合物产生更多的磷酸。达到相同的阻燃等级时，红磷的添加量比其它的阻燃剂更低，使尼龙能较好地保持自身的力学性能。但作为阻燃剂的红磷的主要缺点是它的红颜色、易燃和通过与水反应生成高毒性的磷化氢（膦）。一般只应用于尼龙 6 中。
将普通红磷进行微胶囊化或母粒化可避免其缺点。
（2）聚磷酸铵（APP）
聚磷酸铵（APP）通过降低尼龙的降解温度、改变最终气相产物的组成参与了尼龙的热降解过程，同时在聚合物基体上形成蜂窝状炭化覆盖层，隔断两相界面的热量和物质传递，起到了保护基体的作用由于成炭有流动趋势，会导致炭层下面的基材暴露，增大了燃烧的危险性。加入一些无机添加剂，如滑石粉（Talc），MnO2，ZnCO3，CaCO3，Fe2O3，FeO，Al(OH)3等，阻燃效果增加。在 APP 添加量为 20% 的尼龙 6 中加入以上一种添加剂（1.5%～3.0%），LOI值可升至 35%～47%，达到 V0级。
2、氮系阻燃剂
氮系阻燃剂低毒、不腐蚀、对热和紫外线稳定、阻燃效率好且价廉。缺点是以其阻燃的塑料加工困难，在基材中分散性较差。适用于尼龙的氮系阻燃剂主要有 MCA（三聚氰胺氰尿酸盐）、MPP（三聚氰胺聚磷酸盐）等。
同时，MCA 可以与包括凹凸棒石（AT、硅氧烷、Sb2O3）等不同类型的阻燃剂复配使用，是目前增长最快且使用量最大的三聚氰胺系阻燃剂。
关于其阻燃机理，一方面是“升华吸热”的物理阻燃方式，即通过阻燃剂的“升华吸热”降低聚合物材料的表面温度并隔绝空气而达到阻燃的目的，另一方面是凝聚相中阻燃剂与尼龙相互催化直接碳化膨胀机理。它们具有较好的阻燃效率，但热稳定性较差，且由于易吸潮而使得制品在潮湿环境下电性能较差。
3、硅系阻燃剂
硅化合物是新型阻燃剂。它可完全不依赖卤素和磷的化合物而发挥阻燃作用。最近有关硅阻燃剂的文章和专利成为新热点。所有各种组成的硅被用作阻燃剂研究。含硅合物无论是作为聚合物的添加剂还是与聚合物组成共混物，都具有明显的阻燃作用。
具有热稳定性好、阻燃效果持续时间较长、绿色环保、低毒性等特点，但是单独使用时，需要的添加量较大、阻燃效率较低，对基体材料力学性能的影响显著，主要是与其他阻燃剂复配使用。
实用化的含硅化合物阻燃技术有：
通过接枝反应，在高分子引入硅原子或硅基团；
添加硅树脂粉末；
加入高分子量硅油与有机金属化合物、白炭黑；
硅橡胶与金属化合物并用；
聚合物/粘土纳米复合材料；
加主硅酸盐；
硅胶与碳酸钾并用；
含硅的低熔点玻璃。
4、纳米阻燃体系
在近年来随着新材料的开发和研究工作的推进，以碳纳米管、倍半硅氧烷( POSS) 、石墨烯为代表的无机纳米材料逐渐拓展其应用范围。与传统阻燃剂相比，纳米材料由于其的微观结构和化学结构，通过表面改性或分子结构设计得到的材料的增益效果更好。
四、尼龙阻燃体系将如何发展？
目前，以蒙脱石、碳纳米管、POSS 为代表的纳米阻燃剂，正在学术研究、技术开发中受到越来多的关注。通过加强界面效应，可以增强阻燃剂与基体间的相容性，有利于阻燃剂更高效地发挥阻燃作用，同时，还能提高复合材料的综合性能。
因此，开发新型有机-无机杂化阻燃剂、纳米阻燃剂，或将其与传统阻燃剂复配使用，探索协效机理，有可能成为同时提高阻燃效率、增强尼龙材料力学性能的突破点！
转自——链塑网