田星 李勇

（大庆华科股份有限公司 大庆163316）

影响聚丙烯阻燃性能的因素

田星 李勇

（大庆华科股份有限公司 大庆163316）

本文主要对影响聚丙烯PP材料性能的因素进行了分析、研究，从阻燃剂选用的角度来说，阻燃剂的选用要从其热分解温度、熔点与聚丙烯的热分解温度、熔点相匹配；同时从不同PP的熔体流动速率角度、滑石粉对其影响程度等方面进行了分析。

热分解温度、熔点、熔体流动速率、加工温度

聚丙烯是五大通用树脂之一，在多个行业领域达到广泛运用，由于聚丙烯自身结构的原因（氧指数仅为17.4左右），遇火易燃烧，发热量高,燃烧速度快，并伴有发烟、滴落现象，容易发生火灾，给人们的生命、财产造成极大的伤害，其应用领域受到极大的限制。在日益强调安全性和减少危害性的今天，PP的阻燃改性研究就显得十分重要了。本文从PP阻燃机理、选用不同的阻燃剂、不同熔体流动速率的PP及填充剂等方面，研究了PP阻燃性能，分析了影响阻燃效果的诸因素。

试验部分

1.1 原材料：

1) 聚丙烯PP粉料

大庆华科股份有限公司聚丙烯二厂

2）阻燃剂TBAB

连云港海水化工厂

3）阻燃剂DBOPO

美国大湖公司

4）三氧化二锑Sb2O3

湖南益阳锑品厂

1.2 试验设备

1）高速混合机（SHR-10A）

张家港大江机械有限公司

2）双螺杆造粒机组（TE-35）

南京科亚股份有限公司

3）注塑机（G95）

大连华大机械有限公司

1.3 试验工艺流程

结果分析与讨论

2.1 阻燃机理

材料的阻燃性，通常通过气相阻燃、凝聚相阻燃及中断热交换阻燃等机理实现。抑制促进燃烧反应链增长的自由基而发挥阻燃功能的是气相阻燃；在固相中延缓或阻止高聚物热分解的起阻燃作用的为凝聚相阻燃；将聚合物燃烧产生的热量带走而导致的阻燃，属于中断热交换阻燃。

2.2 卤系阻燃剂对PP的阻燃机理

应用广泛的卤-锑协同体系主要是增长自由基抑制终止燃烧反应链的气相阻燃。以溴系阻燃剂为例，溴系阻燃剂在燃烧温度下分解产生可以捕捉自由基的Br•，并与聚丙烯受热分解产生的H•反应，生成HBr，HBr具有捕获HO•自由基的能力，使之转化为低能量的Br•自由基和H2O，Br•与材料降解产生的H•反应，再生成HBr，如此循环往复，从而达到终止大分子链降解反应的作用。锑系阻燃剂如Sb2O3本身阻燃效果不好，但是作为含卤阻燃剂的辅助阻燃剂协同使用，可使阻燃体系的阻燃效果大大提高，其作用机理是两者并用发生反应，在材料表面生成SbBr3和SbOBr，这两种物质受热升华为不燃、较重的SbBr3和SbOBr气体，起到冲淡可燃气体和阻隔氧的作用，同时其挥发又可吸收大量的热量，降低材料的表面温度，发挥多种阻燃效果的作用，使材料达到阻燃的目的。

2.3 阻燃剂的选择

从PP氧指数角度而言，不同类型的卤素贡献是不同的，一般情况，脂肪族和脂环族溴大于脂环族氯，更大于芳香族溴见图1：

采用某些分子内同时含有脂肪族及芳香族的溴的阻燃剂处理PP时，可制得虽然燃烧能产生滴落但仍能通过UL-94 V-0级的阻燃PP。从上图来看并不是阻燃剂用量越多阻燃效果越好，达到一定比例后有的阻燃剂阻燃效果就不随阻燃剂的增加而增强了。

应注意的是选择的阻燃剂热分解温度应低于聚丙烯的热分解温度。这样，在聚丙烯受热分解之前阻燃剂提前分解，产生可捕捉自由基的游离基和不燃物质，持续捕捉或包围大分子周围，以达到阻燃效果。但不是越低越好，其热分解温度应高于聚丙烯的加工温度，否则在材料加工成型时就会提前分解，使阻燃效能大大降低，同时分解出的物质（如HBr）还会腐蚀加工设备和污染环境。而且此加工温度距阻燃剂的分解温度，有较大间隔为好。以十溴联苯醚DBOPO及四溴双酚A(2、3二溴丙基)醚TBAB为例，二者的特性见表1：

表1 TBAB与DBOPO的特性

经过实验，TBAB的阻燃效果好于DBOPO（相同含量），当TBAB使用2份时，氧指数为27%，垂直燃烧FV-2级；而DBOPO加到8份的用量，才能达到FV-2级，氧指数仅为25%。这是因为聚丙烯的热分解温度在320℃左右，TBAB的热分解温度为270℃，PP受热分解时，TBAB已分解，溴产生可以捕捉自由基的Br•，并与PP受热分解产生的H•反应，生成HBr，充分捕捉HO•自由基终止了链反应；而DBOPO的热分解温度为425，PP受热分解时，DBOPO尚未分解，不能有效分离自由基Br•，也就不能有效发挥阻燃效用了。

另外选择阻燃剂时要考虑其在加工温度范围内的状态，最好是熔化状态，这样有利于提高系统的熔体流动性，因而在燃烧时，由于表面熔体的流动和滴落，能带走一部分热量，有利于材料的自熄。还是以TBAB及DBOPO为例，上个例子中说明了TBAB的阻燃效果好于DBOPO，还有个原因是TBAB的熔点为85-90℃，PP的加工温度为190-210℃，此时TBAB处于熔化状态，能够在材料燃烧时，随着熔体流动滴落，带走了部分热量；DBOPO的熔点为285℃，在PP的加工温度区间内处于固体状态，会抑制熔体的流动，因而通过熔体的流动和滴落带走的热量就少。

2.4 PP熔体流动性能的影响

通过实验，不同熔体流动速率（MFR）的PP表现的阻燃性也不同。分别以MFR为3.2的PP-1与MER为15的PP-2做载体，添加相同份数的阻燃剂，MFR大的PP的氧指数大于MFR小的PP，这是由于MFR大的PP在燃烧时，更易发生熔体流动与滴落，带走更多的热量，更有利于材料的阻燃。

2.5 滑石粉的影响

为了改善PP的某些性能或者降低成本，需要在PP中添加无机填料如滑石粉、碳酸钙等。但它们有时会干扰卤系阻燃剂的性能，影响PP的阻燃性。PP中加入滑石粉可消除融滴而使材料达到UL94 V-0级，但PP的氧指数下降明显，见图2。

1、赵敏，改性聚丙烯新材料 北京，化学工业出版社，2002，582-590

2、崔永岩. 聚丙烯的阻燃及影响因素的研究 塑料工业 2002 第2期 48-49

factors that affect Flame Retardant Properties of PP

Tianxing Liyong
(Daqing Huake Company Limited,Daqing,163316)

The aitical mainly research the factors that affect the material properties of polypropylene. From the selection of fl ame retardants, the choice of fl ame retardants from its thermal decomposition temperature, melting point must match with polypropylene’s thermal decomposition temperature and melting point . At the same time, the PP melting fl ow rate , talcum powder infl uence on Flame retardancy of polypropylene degree, were analyzed.

Thermal decomposition temperature; Melting point; Melting fl ow rate; Processing temperature

田星，女，出生于 1973年，1995年毕业于哈尔滨工业大学，1997年在化工企业从事生产管理工作。