阻燃母粒的种类及用途

【概述】

阻燃母粒，也叫防火母粒，是当今塑料行业中表现最为优良的阻燃产品。它在树脂中的分散性、流动性、相容性、热稳定性和耐候性都远远高于普通的阻燃剂。可以提高阻燃剂在树脂中的分散性，减少阻燃剂添加量，降低加工难度及加工成本，同时可以减小阻燃剂的加入对树脂的力学性能的影响，改善车间工作环境。

【种类及用途】

1.纤维用阻燃母粒 阻燃纤维大都通过添加高浓度的阻燃剂及其他助剂，经过共混制造阻燃母粒，然后与常规切片熔融纺丝成型，制成具有阻燃性能的纤维。

（1）聚丙烯纤维母粒 阻燃聚丙烯纤维母粒主要用于生产阻燃聚丙烯纤维长丝或短纤，并用此纤维生产高层建筑物、医院、公共场所室内窗帘、帷幕、沙发桌掩、席梦思床的蒙面料、地毯等装饰织物，也可生产煤矿用输送带、蓬帆布、纺织企业的棉、麻、毛纺厂空调用风筒布，还能用于塑料行业生产电视机、收音机外壳等塑料制品。

（2）聚酯纤维母粒 聚酯纤维作为三大合成纤维之一，已大量用于制造衣着和工业制品。阻燃聚酯纤维因具有永久阻燃性，应用范围很广，除了在产业用纺织品、建筑内装饰、交通工具内装饰等方面发挥无可替代的作用外，还被应用于防护服领域。

2.塑料用阻燃母粒 聚合物材料在建筑、汽车、电子电器、航空航天、日用家具等领域发挥着越来越广泛的作用。然而，由于绝大多数聚合物材料具有易燃的特性，由此带来的火灾隐患也成为广泛关注的问题，通过母粒技术提高聚合物材料的阻燃性成为业内关注和研究的热点问题。

（1）丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）阻燃母粒 由于ABS树脂具有表面硬度高、坚韧、耐低温性能好、耐蠕变性好、尺寸稳定性好、成型收缩率小等优异性能，在军工、汽车、电子电器部件等领域用量较大。但ABS树脂的极限氧指数仅为18.3%～20.0%(小于21%)，属于易燃材料，因此限制了其应用。与在ABS树脂中直接加入阻燃剂共混造粒相比，采用母粒技术对ABS树脂进行阻燃改性能获得更好的改性效果。

（2）高抗冲聚苯乙烯（PS-HI）阻燃母粒 PS-HI作为重要的通用塑料之一，与ABS具有同样广泛的应用，但是PS-HI也面临着遇火易燃烧的问题。为了拓宽其应用范围，必须进行阻燃改性。国内PS-HI阻燃母粒技术经过多年的发展已相对成熟，并已向阻燃色母粒等多功能母粒方向发展。

（3）聚酰胺阻燃母粒 聚酰胺6（PA6）是一种性能优良的工程塑料，但是易燃烧，限制了其在电子电气等领域的应用，因此，对PA6进行阻燃改性具有重要意义。

（4）聚甲醛阻燃母粒 聚甲醛是20世纪50年代问世的一种热塑性工程塑料。由于其优异的物理化学性能，被广泛应用于汽车、电子电气、家用电器、精密机械和建材等行业。聚甲醛的极限氧指数只有15%，是最难阻燃的高分子材料之一。然而，聚甲醛对酸性或碱性物质敏感，对阻燃剂要求苛刻，少量阻燃剂也会引起聚甲醛分解，阻燃剂同时会降低聚甲醛的力学性能。因此，阻燃聚甲醛具有相当的难度。

（5）聚烯烃阻燃母粒 阻燃聚烯烃塑料的用途日益广泛，常被用来生产要求具有阻燃性能的管道、板材、通讯电缆、电器零件、装饰材料等。聚烯烃阻燃母粒因使用方便，加工应用性广，经济效益明显，具有较广阔的市场前景，因此，对聚烯烃的阻燃化处理意义重大。

图1为阻燃母粒

【制备方法】

由于各种树脂的特性各异，不同树脂所选用的阻燃剂及阻燃机理也各不相同，因此，阻燃母粒难以像色母粒一样达到通用级别。阻燃母粒的制备必须根据制品树脂的特性，来选择相应的阻燃剂、载体及加工助剂等。首先应选定合适的阻燃剂，而载体、加工助剂的选择均要与所选的阻燃剂相匹配。

1.阻燃剂的选择 燃烧过程是可燃物与氧化剂之间的一种快速氧化反应，当可燃物浓度及其温度足够高时，即可引起燃烧。聚合物的燃烧可以分为热降解和燃烧两个过程，涉及传热过程、凝聚相的热降解、分解产物在固相及气相中的扩散、与空气混合形成链式燃烧反应等一系列环节。因此提高阻燃性能的关键在于抑制降解及氧化、减少可燃物的生成、阻断热量的传递，如通过汽化带走热量、冷却降低凝聚相温度等方法来提高材料的阻燃性能。 常见的阻燃途径有结构型阻燃和添加型阻燃。结构型阻燃的处理方法是通过对聚合物的结构进行改性，使阻燃元素以化学键的形式结合到分子链中，以提高材料的炭化倾向而降低其可燃性，达到防火阻燃要求。而添加型阻燃则是加入阻燃剂，以改变聚合物的热降解模式，减少聚合物热裂解所生成的可燃性产物；采用外部阻燃涂层，以从聚合物表面隔绝氧气；采用内部屏障以阻止可燃气体逸出；释出惰性气体，以冲稀聚合物热裂解所产生的可燃物，并分散了火焰前沿的热量。添加型阻燃剂其成分一般可分为有机添加型阻燃剂和无机添加型阻燃剂。

常见的有机添加型阻燃剂有卤素阻燃剂、有机磷、氮、硅阻燃剂等。使用有机小分子阻燃剂的优点是添加量少，阻燃效果明显，但成本较高，且含卤阻燃剂一般都有毒性。常用的无机添加型阻燃剂有金属氢氧化物、硼酸盐、有机硅氧化物、红磷阻燃剂、三氧化钼、三氧化二锑（Sb2O3）、硫酸铵、高岭土阻燃微粉、膨胀型阻燃剂等。无机阻燃剂一般添加量较大，对制品性能影响严重。 根据阻燃机理，阻燃剂的热分解温度应高于塑料的成型加工温度，但不宜过高。如果阻燃剂分解温度过低，则在塑料成型加工过程中容易分解，影响其阻燃效果。而如果阻燃剂分解温度过高，则在塑料燃烧过程中阻燃剂仍未分解，有效阻燃因子难以得到释放，起不到阻燃效果。同时，阻燃剂的纯度与粒径大小也影响着阻燃剂的阻燃效果，应尽量选用高纯度、细粒径的高效阻燃剂。另外，无机阻燃剂在使用时为提高其阻燃效果，一般会与其他阻燃剂（如Sb2O3等）复配使用，使多种阻燃剂产生协同效应，获得较好的阻燃效果。阻燃剂的毒性也应予以考虑。

2.载体的选择 制备阻燃母粒时，所选用的载体必须与树脂有良好的相容性，而且熔体流动速率要大，便于在成型加工过程中较好地分散。同时，可填充性要高，可以限度地承载阻燃剂与助剂等。

3.助剂的选择 与制备普通填充母粒一样，制备阻燃母粒时，一般需要添加分散剂与润滑剂。在选用助剂时，选用分子中含有阻燃元素的分散剂和润滑剂，如氯化石蜡、硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸镁和Ｎ，Ｎ－亚乙基双硬脂酰胺之类的化合物，尽量避免使用固体石蜡、聚乙烯（PE）蜡或矿物油等易燃物质。载体树脂的用量不宜多，以能成粒为宜。阻燃剂在成型加工过程中易受热分解，高分子材料在成型加工过程中以及日常使用中，也易因受光、热而老化，因此，在生产阻燃母粒的过程中，还应加入适量的抗氧剂。

4.加工工艺的选择 制造添加型阻燃母粒，主要有密炼机法、反应釜法和挤出机造粒法。挤出机造粒法具有加工容易、管理方便、对工作环境污染小等优点，在实际生产中应用较多。

【主要参考资料】

[1]李艳东,乔辉,丁筠,杨金兴,吴立峰.阻燃母粒研究进展[J].中国塑料,2013,27(06):1-6.