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阻燃尼龙的应用及其环保阻燃剂的研发趋势

目前,我国倡导节能环保型的社会发展模式,将“工程塑料、功能高分子材料、复合材料和低成本化新型塑料合金”设立为产业结构调整的重要项目,这也推动了工程塑料在电子电器、汽车、家电和建筑等领域的应用。

 

随着世界范围内防火标准的日趋严格及国民自身安全环保意识的提升,工程塑料在高温、高电压等严格环境中能否维持其稳定、优异的阻燃性能就成为了大家关注的焦点。

 

尼龙是一种重要的工程塑料,其产量居五大工程塑料之首,分子主链由重复的酰胺基团(NH-CO) 所组成。尼龙不仅具有出色的机械性能和化学稳定性,同时具有耐热、耐磨、轻质、绝缘等特点。常见阻燃级尼龙可分为非增强阻燃尼龙和玻纤增强阻燃尼龙,其应 用领域包括接线柱、线圈轴、插头、开关装置、电路板、大功率断路器、配电盘、连接器、继电器、传感器、电视机外壳、接插件风扇、车灯外壳、电动工具配件、 塑料板材和高铁波纹管等。

图1.  阻燃尼龙应用实例

 

阻燃尼龙可通过三种方式制取:一.添加阻燃剂;二.将阻燃基团接枝到聚合物主链或侧链上;三.在尼龙聚合过程中加入阻燃单体进行共聚反应。上述三种方法中以添加阻燃剂的方式最为简便,也是目前主流的阻燃尼龙制取方法。

 

尼龙用阻燃剂大致可分为卤系、氮系、无机化合物和含磷阻燃剂等几类,不同阻燃剂的阻燃机理及阻燃效果也大不相同。随着欧盟出台ROHS及WEEE条例,许多公司加大了对阻燃材料中有害成分的重视程度,这也对尼龙用阻燃剂的环保性提出了更高的要求。环保安全阻燃剂的开发越来越受重视。

 

一.  无卤化趋势

卤系阻燃剂虽具有出色的阻燃效果,但在燃烧时会产生大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体,对环境造成严重污染,甚至威胁到了人们的生命安全。近几年,欧美等国家相距出台相关环保安全条例,严格限制卤系阻燃剂的使用,加快无卤阻燃剂的开发进程。

①无机阻燃剂:以Mg(OH)2和Al(OH)3为主,该类阻燃剂来源广泛,但阻燃效果较差。国内外的研究主要集中于该类阻燃剂的超细化、微胶囊,以期克服大量添加无机阻燃剂所导致的性能下降的缺陷。

②.红磷阻燃:红磷具有较高的阻燃效率,通过微胶囊化可解决红磷吸潮、易爆炸的问题。

③.膨胀性阻燃剂:该类阻燃剂发烟量少、不产生有害气体,是阻燃剂无卤化研发的可行方向。

 

二.  抑烟化、减少有害气体的趋势

火灾是目前威胁公众安全和发展的主要灾害之一。而据统计,火灾中80%的伤亡事故源自于材料热解产生的有害气体和烟雾所导致的窒息现象。

图2. 火灾产生的大量浓烟

 

开发具有低烟气释放量的环保阻燃剂成为近年来阻燃领域的一个重要课题。目前人们主要通过添加金属氧化物和过度金属氧化物来充当抑烟剂。此外无机填料如Al(OH)3和Mg(OH)2在具有阻燃作用的同时也能起到一定的抑烟效果。

 

目前,世界发达国家已普遍采用磷、无机体系类的环保阻燃剂,而我国仍以污染较大、毒性较高的卤系阻燃剂为主,这与国家环保政策要求和安全生产理念相悖。加强环保类无卤阻燃剂的开发是当前的重中之重。

 

在此,我们呼吁科学院加强与改性工程行业专家之间的沟通交流,促进改性塑料行业的自主创新和健康发展,提升我国工程塑料的竞争力,真正实现节能环保健康的社会发展模式。