次磷酸铝与阻燃剂
在我们日常使用高聚物为原料制成的各种产品,其阻燃性一直是非常重要的特性,因为这些高聚物原料本身多数都含碳、氢、氧等元素,所以一般比较容易引燃,并持续燃烧,Zui后酿成火灾。理论上讲,能够充当阻燃添加剂的物质种类繁如星辰,而的阻燃物质,不仅能够完成本质工作(阻燃),还必须不能带来其它的缺陷和困难(涉及基材硬度、韧度、色泽、电导等),我们今天介绍的是通常被喻为环保型阻燃剂的次磷酸铝。
其物性
次磷酸铝,磷系无机盐,其分子式为Al(H2PO2)3, 常温下较为稳定,加工热稳定性优良,但在温度较高时会发生分解,产生剧毒的磷化氢气体,其反应过程如下:
Al(H2PO2)3AlPO4+2PH3
常作为一种协作剂与其它磷系、氮系阻燃剂共同添加到高聚物中,一般不影响基材的物化性能,而且可以达到协作互补,提高阻燃效率的作用。它对环境相对友好的,可作为一种无卤无毒阻燃剂。它磷含量高(41.89%),水解稳定性好,加工时不引起聚合物的分解。
其制备
次磷酸铝作为一种次磷酸盐,其制备过程的主要反应是次磷酸根与铝离子结合,那么只需向反应场景提供次磷酸根与金属铝离子即可,因此文献中提到次磷酸铝的制备方法主要有两种,分别利用酸碱中和以及离子交换复分解的原理。利用酸碱中和反应来制备次磷酸铝时,需要有次磷酸和氢氧化铝。而作为一元中强酸的次磷酸,并没有想象中的那么温顺,它虽然在常温干燥环境下比较稳定,但却是实实在在的强还原剂,一旦与氧化剂相遇,将会发生剧烈反应。由于化学反应(如酸碱中和),多数是放热的过程,而次磷酸铝在温度达到130℃时,会发生分解,生成剧毒的磷化氢气体,危及生命安全。另外一种方法是利用次磷酸钠提供次磷酸根,氯化铝提供铝离子,在溶液中进行反应。这种方法看起来挺美,然而,对于次磷酸的转化率以及生成的次磷酸铝如何从溶液中提取出来,提出了新的挑战(通俗来说就是“十分蛋疼”),如果pH控制不好,极有可能得到Al(OH)3,不过在对PH值的控制以及其它工艺条件的不断优化下,我们还是可以得到次磷酸铝的。当然,能够提供铝源的化学物质也不少,比如十八水硫酸铝等等。
其应用
磷酸铝含磷高,含铝高具有热稳定性好、水溶性小、阻燃效力大等优点,是一种绿色的阻燃剂,被广泛用在塑料(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,具体应用研究如下:
次磷酸铝适用于在聚苯乙烯/AHP复合材料上,提高了PS/AHP的极限氧指数(阻燃性能指标,22%以上认为是非燃品),UL-94等级(阻燃等级)顺利达到了V-0级,减缓了材料的热量释放速度。
次磷酸铝添加到玻璃纤维/PBT/粘土复合材料中,LOI(极限氧指数)值为29%,UL-94顺利的提高到了V-0级,使材料的可燃性极大的降低,拓展其应用范围。
次磷酸铝可以明显的提升PA6/GF(尼龙复合材料)的燃烧方面的性能。PA6/GF/AHP的LOI值从22%增大到30%,UL-94等级从无级别到V0级。
次磷酸铝添加到PA6中,添加18%的次磷酸铝的情况下,PA6/AHP材料的UL-94等级可以达到V-0,同时次磷酸铝可以发挥良好的抗滴落性能和成炭作用。
次磷酸铝的协作效应也相当,它是典型的那种一加一大于二的“一”,因为它在反应中不仅可以提供丰富的P,可以提供氧化状态下极为稳定的铝,再加上含有一定的氧(对某些无氧型磷系阻燃剂来说是致命的诱惑),以三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃剂、二乙基次膦酸铝(ADP)和次磷酸铝(AHP)为阻燃协效剂,制备的无卤阻燃三元乙丙橡胶(EPDM)材料(进口依赖度较高),不仅提高材料的性能,还使其具有良好的防火、耐火能力。
值得一提的是,成本低廉的次磷酸铝(AlHP)在国内外具有广泛的市场前景。据2015年全国阻燃会议资料显示,中国每年的AlHP阻燃剂市场需求量在6000t以上,并呈逐年递增的趋势。
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