高性能无卤阻燃TPV材料制备与研究(卓工)文献综述

 2022-11-29 16:19:33

1研究背景

三元乙丙橡胶/聚丙烯热塑性弹性体(EPDM/PPTPV)是通过动态硫化技术(即将EPDM和PP在加热到加工温度以上进行剪切共混,同时加入交联剂,使交联和共混在同一过程完成)而得到的新型TPO材料。EPDM/PPTPV相比传统的橡胶,具有以下几方面优点:在力学性能上,具有良好的回弹性、尺寸稳定性,高抗冲击性和高机械强度;在加工性能上,不需要进行复杂繁琐的硫化程序,可以直接像普通热塑性塑料那样加工,简化了工艺程序,缩短了成型周期;在可持续利用性能上,加工剩余料或者废旧料可以回收进行再加工处理,具有良好的再生循环使用特性,降低成本的同时也对环境保护有积极的意义[1-3]

2应用现状

EPDM/PPTPV热塑性弹性体由于兼具热塑性树脂的加工流动性和热固性橡胶的力学性能,同时相对橡胶制品而言,具有更低的成本和可重复利用性,因此应用范围非常广泛。卢正红等的调研结果显示,EPDM/PPTPV热塑性弹性体在汽车行业的应用占比为30%-40%,主要是制备一些软、硬质材料,软质材料如各种垫圈、防护条、密封件等,国外已经有公司用EPDM/PPTPV材料制造出汽车用硬质材料如保险杠、仪表板、挡泥板、防撞板等汽车零部件;建筑行业应用占比为10%,主要是制备门缝胶条、拱基、高档防水卷材、玻璃幕墙密封条等;电气行业应用占比10%-15%,主要是制备变压器外壳、矿山电缆、马达轴、电线电缆的绝缘和护套、终端插头等;其他领域如鞋靴、管材、机械工具、运动器械类等也有广泛应用,应用占比为30%-40%。由于 TPV 配方体系中一般含有质量分数为10% ~ 40% 的软化油,对其进行阻燃改性的 难度比较大,国内有关溴系阻燃 TPV 的研究[4-5],由于含卤阻燃剂高温释放 HCl 等酸性气体对人体和环境毒害较大,无卤阻燃成为未来的发展趋势。无卤阻 燃目前研究主要采用氢氧化镁,存在添加量较大和阻燃效果不佳的问题[6],采用聚磷酸胺稳定性不佳、 容易吸水[7-8]。随着 TPV 在电线电缆和建筑密封等领 域的应用不断增加,对具有防吸水、阻燃功能的 TPV 需求非常迫切。

3阻燃剂类别介绍

3.1磷系阻燃剂

在传统三大阻燃剂(卤系阻燃剂、磷系阻燃剂和无机阻燃剂)中,磷系阻燃剂由于高效、低毒、低烟等特点成为阻燃剂中非常重要的一部分[9]。 磷系阻燃剂的阻燃机理主要包括气相阻燃,凝聚相阻燃[10]。气相阻燃机理主要有两部分,首先是阻燃剂在燃烧时会分解产生一些难燃性气体物质,这些难燃气体对氧气和其他可燃气体起到冲淡作用,对持续 燃烧起到抑制作用,另外,阻燃剂分解还会产生一些自由基如 PObull;,这些自由基能够捕捉 大量的促进燃烧活性的 Hbull;和 HObull;,起到阻燃作用。而凝聚相阻燃机理主要是阻燃剂受热分解时会在高分子材料表面形成一层磷酸保护膜,促进一氧化碳转变成二氧化碳,同时,分解产生的磷酸酐对基材还具有催化成碳的效果,生成的碳层能够隔绝其他可燃性物质和氧气,阻止基材的分解和燃烧。

3.2卤系阻燃剂

卤系阻燃剂主要是指阻燃成分中卤元素(如氟、氯、溴、碘)起阻燃效果的一种阻燃剂[11]。作为适用范围最广泛的一种阻燃剂,卤系阻燃剂自上世纪 30 年代人们发现卤化物和三氧化二锑的协效阻燃作用后,到目前一直处于持续发展中。卤系阻燃剂虽然阻燃性能优秀,但也存在着许多缺点,例如燃烧时会释放大量腐蚀性的有毒气体,产生二次污染[12]。虽然目前市场上还很少有阻燃剂能在价格和阻燃效果上做到和卤系阻燃剂直接竞争,但是工业发展的主流趋势是绿色环保,随着人们健康和环保意识的提高,阻燃剂去卤化将会成为阻燃剂发展的新方向。

3.3无机阻燃剂

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