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在我們?nèi)粘J褂酶呔畚餅樵现瞥傻母鞣N產(chǎn)品,其阻燃性一直是非常重要的特性,因?yàn)檫@些高聚物原料本身多數(shù)都含碳、氫、氧等元素,所以一般比較容易引燃,并持續(xù)燃燒,最后釀成火災(zāi)。理論上講,能夠充當(dāng)阻燃添加劑的物質(zhì)種類(lèi)繁如星辰,而優(yōu)秀的阻燃物質(zhì),不僅能夠完成本質(zhì)工作(阻燃),還必須不能帶來(lái)其它的缺陷和困難(涉及基材硬度、韌度、色澤、電導(dǎo)等),今天小編介紹的是通常被喻為環(huán)保型阻燃劑的次磷酸鋁。
物 性
次磷酸鋁,磷系無(wú)機(jī)鹽,其分子式為Al(H2PO2)3,常溫下較為穩(wěn)定,加工熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)良,但在溫度較高時(shí)會(huì)發(fā)生分解,產(chǎn)生劇毒的磷化氫氣體,其反應(yīng)過(guò)程如下:
常作為一種協(xié)作劑與其它磷系、氮系阻燃劑共同添加到高聚物中,一般不影響基材的物化性能,而且可以達(dá)到協(xié)作互補(bǔ),提高阻燃效率的作用。它對(duì)環(huán)境相對(duì)友好的,可作為一種無(wú)鹵無(wú)毒阻燃劑。它磷含量高(41.89%),水解穩(wěn)定性好,加工時(shí)不引起聚合物的分解。
制 備
次磷酸鋁作為一種次磷酸鹽,其制備過(guò)程的主要反應(yīng)是次磷酸根與鋁離子結(jié)合,那么只需向反應(yīng)場(chǎng)景提供次磷酸根與金屬鋁離子即可,因此文獻(xiàn)中提到次磷酸鋁的制備方法主要有兩種,分別利用酸堿中和以及離子交換復(fù)分解的原理。利用酸堿中和反應(yīng)來(lái)制備次磷酸鋁時(shí),需要有次磷酸和氫氧化鋁。而作為一元中強(qiáng)酸的次磷酸,并沒(méi)有想象中的那么溫順,它雖然在常溫干燥環(huán)境下比較穩(wěn)定,但卻是實(shí)實(shí)在在的強(qiáng)還原劑,一旦與氧化劑相遇,將會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)。由于化學(xué)反應(yīng)(如酸堿中和),多數(shù)是放熱的過(guò)程,而次磷酸鋁在溫度達(dá)到130℃時(shí),會(huì)發(fā)生分解,生成劇毒的磷化氫氣體,危及生命安全。
另外一種方法是利用次磷酸鈉提供次磷酸根,氯化鋁提供鋁離子,在溶液中進(jìn)行反應(yīng)。這種方法看起來(lái)挺美,然而,對(duì)于次磷酸的轉(zhuǎn)化率以及生成的次磷酸鋁如何從溶液中提取出來(lái),提出了新的挑戰(zhàn)(通俗來(lái)說(shuō)就是“十分蛋疼”),如果pH控制不好,極有可能得到Al(OH)3,不過(guò)在對(duì)PH值的控制以及其它工藝條件的不斷優(yōu)化下,我們還是可以得到次磷酸鋁的。當(dāng)然,能夠提供鋁源的化學(xué)物質(zhì)也不少,比如十八水硫酸鋁等等。
應(yīng) 用
次磷酸鋁含磷高,含鋁高具有熱穩(wěn)定性好、水溶性小、阻燃效力大等優(yōu)點(diǎn),是一種綠色的阻燃劑,被廣泛用在塑料(PBT、PET、PA、TPU、ABS等)的阻燃改型方面上,且取得了良好的阻燃效果,具體應(yīng)用研究如下:
次磷酸鋁適用于在聚苯乙烯/AHP復(fù)合材料上,提高了PS/AHP的極限氧指數(shù)(阻燃性能指標(biāo),22%以上認(rèn)為是非燃品),UL-94等級(jí)(阻燃等級(jí))順利達(dá)到了V-0級(jí),減緩了材料的熱量釋放速度。
次磷酸鋁添加到玻璃纖維/PBT/粘土復(fù)合材料中,LOI(極限氧指數(shù))值為29%,UL-94順利的提高到了V-0級(jí),使材料的可燃性極大的降低,拓展其應(yīng)用范圍。
次磷酸鋁可以明顯的提升PA6/GF(尼龍復(fù)合材料)的燃燒方面的性能。PA6/GF/AHP的LOI值從22%增大到30%,UL-94等級(jí)從無(wú)級(jí)別到V0級(jí)。
次磷酸鋁添加到PA6中,添加18%的次磷酸鋁的情況下,PA6/AHP材料的UL-94等級(jí)可以達(dá)到V-0,同時(shí)次磷酸鋁可以發(fā)揮良好的抗滴落性能和成炭作用。
次磷酸鋁的協(xié)作效應(yīng)也相當(dāng)優(yōu)秀,它是典型的那種一加一大于二的“一”,因?yàn)樗诜磻?yīng)中不僅可以提供豐富的P,可以提供氧化狀態(tài)下極為穩(wěn)定的鋁,再加上含有一定的氧(對(duì)某些無(wú)氧型磷系阻燃劑來(lái)說(shuō)是致命的誘惑),以三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)為阻燃劑、二乙基次膦酸鋁(ADP)和次磷酸鋁(AHP)為阻燃協(xié)效劑,制備的無(wú)鹵阻燃三元乙丙橡膠(EPDM)材料(進(jìn)口依賴(lài)度較高),不僅提高材料的性能,還使其具有良好的防火、耐火能力。
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