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芳香族磷酸酯阻燃PC/ABS的原理

放大字體  縮小字體 發布日期:2010-06-19   瀏覽次數:1071  分享到: 分享到騰訊微博
芳香族磷酸酯的阻燃作用主要是在材料燃燒時,磷能在凝聚相富集,并保護碳層使之免遭高溫氧化。另外,芳香族磷酸酯能催化PC的Fries重排及異構化,而這有助于形成炭層和阻礙聚合物的揮發。

 

() 氣相阻燃

 

實驗也證明,磷酸酯阻燃PC/ABSLOIPC/ABS中的PCABS的比例有關,而且其變化規律比較復雜。另外,PC/ABS中芳香族磷酸酯使材料燃燒產物中的一氧化碳量增加,這則說明存在氣相阻燃作用。不過,芳香族磷酸酯的氣相阻燃作用還是一個為人爭淪的問題,例如,有報道指出,隨著相對分子質量的增加(齊聚化),芳香族磷酸酯的阻燃效率下降,這說明氣相中不大存在磷酸酯組分。但也有人證明,芳香族多磷酸酯的阻燃效率隨其相對分子質量的增加而提高。

 

關于磷酸酯阻燃PC/ABS的效能,一般同時存在凝聚相及氣相作用機理,至于兩者的比例,則顯然與磷酸酯的結構和性能有關。

 
      () 凝聚相阻燃

 

人們一般認為,芳香族磷酸酯阻燃PC/ABS的機理主要在于磷酸酯能促進PC/ABSPC成炭,即凝聚相阻燃機理。因為其阻燃效率與PC/ABS含量十分相關。也已發現,當含磷酸酯的PC/ABS熱分解或燃燒時,磷在凝聚相中聚集。TGA也證明,RDP能在高溫下保護炭層免遭氧化,而凝聚相阻燃的協效劑可提高PC/ABS酌成炭率。另外,PC在熱分解時可發生Fries重排,而芳香族磷酸酯能催化此重排。再有,亞苯基四苯基雙磷酸酯( RDP)可能通過酯基轉移作用與PC Fries重排的產物反應。而這可導致磷的富集和PC的交聯。這些都應歸屬于凝聚相阻燃作用。

 

 

() 磷酸酯聞的相互影響(協同或對抗)

 

以三苯基磷酸酯(TPP)RDP或雙酚A四苯基雙磷酸酯(BDP)阻燃PCABS比例不同的PC/ABS,當磷含量相同,如以LOI衡量時,三者的阻燃性相仿。但如以UL94阻燃級衡量,則TPPRDPBDP的阻燃效率遜色。以錐形量熱儀測定上述阻燃PC/ABS的阻燃性時,芳香族磷酸酯只對材料的釋熱速率峰值(PHRR)右適度的降低,但能有效增長引燃時間(TTI)。不過整體而言,RDPPC/ABS的阻燃作用要大于揮發性的TPP。曾有人以錐形量熱儀,在熱流量為35kW/m275 kW/m2下研究過分別以RDPRDP/TPP(3%)阻燃的PC/ABS的釋熱情況,實驗表明,當熱流量為35 kW/m2時,含RDP/TPP復配物的PC/ABSPHRR小于含單一RDP者,這可能是由于TPP在氣相中阻燃的貢獻;而當熱流量為75 kW/m2時,情況正好相反,即含單一RDP材料的PHRR值較低。顯然,這時不僅TPP的氣相阻燃作用不再重要,甚至TPP有可能在高溫火焰中對PHRR的降低存在負面影響。對這種現象一個可能的解釋是有些阻燃劑的氣相阻燃作用的可逆性。含磷物系一般是能抑制火焰傳播的,但它們在高溫火焰中則可變成燃燒的催化劑。而TPP的氣相阻燃顯然具有這種可逆性,至少是在高溫下,其氣相阻燃變得無效。上述解釋也能說明較低揮發性的RDPBDP與較高揮發性TPP間的協效作用。因為基本上是在凝聚相發揮阻燃作用的RDPBDP有助于使PC成炭而減少向材料區的燃料供應,故得以使火焰溫度降低,而隨著火焰溫度的降低,TPP的氣相阻燃作用則得以有效地發揮。于是它們之間的協效阻燃得以實現。

 

另外,RDP與其他協效劑的協同指出,以氣相陋燃機理作用的某些添加劑,對RDP不僅沒有協效作用,而且有時甚至表現出對抗作用。但一些在凝聚相發揮作用的添加劑,則因能促進PC/ABS的成炭和改善炭層結構而具有協同效應。特別是,線型酚醛樹脂在防止熔滴和改善成炭性方面作用十分明顯。

 

綜上所述,芳香族磷酸酯的阻燃作用主要是在材料燃燒時,磷能在凝聚相富集,并保護碳層使之免遭高溫氧化。另外,芳香族磷酸酯能催化PCFries重排及異構化,而這有助于形成炭層和阻礙聚合物的揮發。

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