ABS 樹(shù)脂是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）3 種單體共聚、介于通用塑料和工程塑料之間的熱塑性聚合物。

 

       ABS 樹(shù)脂具有耐沖擊、耐熱、耐低溫、耐化學(xué)品、易加工成型和表面光澤性好等性能，目前廣泛用于汽車(chē)、電子、電器、紡織、器具和建材等領(lǐng)域，因此對(duì) ABS 的阻燃性要求也越來(lái)越高。

 

       接下來(lái)我們一起來(lái)盤(pán)點(diǎn)下 ABS 阻燃劑的重要性、改善 ABS 阻燃性能的方法以及主要阻燃劑類(lèi)型。

 

       一、ABS 阻燃的重要性

 

       隨著高分子在現(xiàn)代生活及各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)材料的阻燃性和其他性能的要求越來(lái)越高。我國(guó)對(duì)高分子材料阻燃化的要求也日益迫切。

 

       同大多數(shù)高分子材料一樣，ABS 為可燃性材料（其氧指數(shù)僅為 22 %），著火時(shí)燃燒速度快，且產(chǎn)生大量的煙，因此 ABS 阻燃是一項(xiàng)重要的科研課題。

 

       單獨(dú)使用 ABS 時(shí)阻燃性較差，在實(shí)際應(yīng)用中要添加阻燃劑來(lái)改善其阻燃效果，而添加阻燃劑會(huì)降低 ABS 的物理力學(xué)性能，尤其是制品的沖擊性能大幅度下降，而且通常阻燃劑的價(jià)格是 ABS 的 2~3 倍， 使制品的成本提高。

 

 

       國(guó)內(nèi)大部分廠家所用阻燃劑是十溴二苯醚（DEBDE），該阻燃劑溴含量高，熱穩(wěn)定性能優(yōu)異，添加量小，阻燃效果好。

 

       但是隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)阻燃劑已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)對(duì)其性能的要求，未來(lái)的新型阻燃劑必將是無(wú)鹵、高效、低煙、低毒、多功能的復(fù)合型阻燃劑。

 

       二、改善 ABS 阻燃性能的主要方法

 

       （1）改變 ABS 共聚物的組分，如加入反丁烯二酸酯或三溴苯乙烯作為第四單體與苯乙烯、丁二烯、丙烯腈進(jìn)行共聚合，得到四組分阻燃共聚物。 該方法阻燃持久性好，但需要在 ABS 聚合過(guò)程中加入，其工藝復(fù)雜，成本高，因此較少采用。

 

       （2）混合高阻燃性樹(shù)脂（如 PVC、CPE 等）。該方法需加入大量高阻燃性樹(shù)脂才能有效，進(jìn)而會(huì)極大影響 ABS 的固有性能。

 

       （3）添加無(wú)機(jī)阻燃劑（如 Al(OH)₃、Mg(OH)₂、MoO₃ 等）。該方法所用阻燃劑需大量添加（通常需要 60 份以上）才能有明顯的阻燃效果，因此會(huì)導(dǎo)致聚合物的力學(xué)性能和加工性能顯著下降，失去使用價(jià)值。

 

       （4）添加有機(jī)阻燃劑（如鹵素化合物、磷類(lèi)阻燃劑等）。該方法阻燃劑添加量雖然較少，阻燃效果好， 但存在耐候性差、價(jià)格昂貴、燃燒時(shí)冒黑煙的問(wèn)題。

 

       目前，大多采用綜合后三項(xiàng)添加型阻燃方法，來(lái)制備各項(xiàng)性能都較佳的低煙阻燃 ABS 體系。

 

       三、ABS阻燃劑的種類(lèi)

 

       1、有鹵阻燃劑

 

       01、溴系阻燃劑：有鹵阻燃劑主要指溴系阻燃劑。溴系阻燃劑分為以下幾類(lèi):

 

       （a）多溴二苯醚類(lèi)：多溴二苯醚類(lèi)有八溴二苯醚和十溴二苯醚等，這類(lèi)阻燃劑效率高、用量少，產(chǎn)品具有良好的力學(xué)性能，且價(jià)格適中。但這類(lèi)阻燃劑不符合 RoHS 禁令，屬于非環(huán)保產(chǎn)品，現(xiàn)在已禁用。

 

       （b）十溴二苯乙烷（DBDPE）：由于含有非游離溴，不屬于多溴二苯醚類(lèi)，燃燒時(shí)不產(chǎn)生多溴聯(lián)苯類(lèi)及多溴聯(lián)苯醚類(lèi)等 RoHS 禁令嚴(yán)禁使用的物質(zhì)。

 

       其成本與十溴二苯醚相當(dāng)，且安全性評(píng)估表明，DBDPE 屬于低毒、無(wú)刺激性阻燃劑，對(duì)眾多體內(nèi)遺傳基因的作用呈陰性，重復(fù)劑量毒性也很低，可替代多溴二苯醚類(lèi)作為 ABS 的阻燃劑。

 

 

       此外，銻系阻燃劑是一種重要的阻燃增效劑。 可單獨(dú)使用亦可復(fù)合使用，尤其是在與鹵系阻燃劑并用時(shí)可大大提高鹵系阻燃劑的效能，是鹵系阻燃劑中不可缺少的協(xié)同劑。其主要品種有 Sb₂O₃，Sb₂O₅ 及銻酸鈉（NaSbO₃•1/4H₂O）等。

 

       （c）溴化環(huán)氧樹(shù)脂：溴化環(huán)氧樹(shù)脂指由四溴雙酚 A 合成的環(huán)氧樹(shù)脂，具有優(yōu)良的熔融流動(dòng)性、較高的阻燃效率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性，且有較好的物理力學(xué)性能，是一種理想的 ABS 阻燃劑。

 

       02、氯化聚乙烯（CPE）阻燃劑：CPE 外觀為白色粉末，無(wú)毒，溶于芳烴和鹵代烴，不溶于脂肪烴，在 170 ℃ 以上分解，放出氯化氫氣體。

 

       由于 CPE 分子結(jié)構(gòu)中不含不飽和雙鍵并接入含氯基團(tuán)，且氯原子是沿著聚乙烯鏈無(wú)規(guī)分布，因此具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的耐熱老化性、耐寒性、耐候性、耐化學(xué)藥品性、耐臭氧性和電絕緣性。

 

       CPE 作為一種彈性體聚合物，與多種高聚物具有良好的相容性，可作為 ABS、PVC、PP、PE、PS 等的改性劑。

 

       同時(shí)由于 CPE 含有鹵素，具有阻燃性，可作為第二阻燃劑使用，而且 CPE 的價(jià)格比 ABS 低，因此 CPE 是阻燃 ABS 改性的理想選擇。

 

       03、CPE 與 Sb₂O₃ 的協(xié)同阻燃效應(yīng)：在 ABS 與復(fù)合阻燃劑 DBDPE/ Sb₂O₃ 的材料中加入 CPE，復(fù)合材料的氧指數(shù)會(huì)升高，熱釋放速率、有效燃燒熱、質(zhì)量損失速率有所降低，說(shuō)明 CPE 具有阻燃作用，可以作為第二阻燃劑使用。

 

       加入 CPE 之后，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度大幅度提高，說(shuō)明 CPE 和 Sb₂O₃ 之間存在協(xié)同效應(yīng)。此外，加入 CPE/ Sb₂O₃ 后，復(fù)合材料的生煙速率可顯著降低，說(shuō)明 CPE/ Sb₂O₃ 對(duì)于 ABS 還具有很好的抑煙作用。

 

       2、無(wú)鹵阻燃劑

 

       01、氫氧化鋁與氫氧化鎂：氫氧化鋁和氫氧化鎂是兩種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)填料型阻燃劑。其特點(diǎn)是無(wú)鹵、無(wú)毒、抑煙、價(jià)廉。

 

       其阻燃機(jī)理基本相同，都是以凝聚相阻燃機(jī)理（即高溫下氫氧化鋁在 ABS 表面形成凝聚相，隔絕了空氣，阻止熱傳遞、降低可燃性氣體釋放量: 氫氧化鎂/ABS 復(fù)合材料燃燒時(shí)，表面結(jié)成致密炭層，而形成的炭層能阻隔燃燒熱向未燃燒部分反饋以及分解產(chǎn)物向火焰區(qū)的擴(kuò)散燃燒，起到隔熱、隔質(zhì)作用，能夠有效地降低材料的熱釋放速率，延緩材料的燃燒）和冷卻機(jī)理（即阻燃劑發(fā)生吸熱脫水、相變、分解或其他吸熱反應(yīng)，降低聚合物表面和燃燒區(qū)域的溫度，防止熱降解，進(jìn)而減少可燃性氣體的揮發(fā)量，最終破壞維持聚合物持續(xù)燃燒的條件）兼有。

 

       但單獨(dú)添加用量大，對(duì)樹(shù)脂的力學(xué)性能改變較大，故一般不常用這兩種阻燃劑作為主阻燃劑使用。

 

       02、包覆紅磷：包覆紅磷只含阻燃元素磷，其阻燃效率比其他含磷阻燃劑高。其阻燃機(jī)理是以凝聚相阻燃為主，即高溫下包覆紅磷在 ABS 表面形成凝聚相，隔絕了空氣，阻止熱傳遞，降低可燃性氣體釋放量，從而達(dá)到阻燃目的。

 

       但單獨(dú)使用包覆紅磷阻燃 ABS 的效果并不明顯，而與其他協(xié)效劑并用可得到較好的阻燃效果。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)包覆紅磷用量為 9 %， 氫氧化鋁用量為 20 % 時(shí)，可得到力學(xué)與阻燃性能都比較理想的協(xié)效環(huán)保阻燃型 ABS。

 

       03、磷氮復(fù)合阻燃劑：含氮阻燃劑主要以分解過(guò)程中形成氮等不燃性氣體，稀釋和沖淡可燃性氣體或覆蓋于材料表面而阻燃。其常見(jiàn)的有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）、三聚氰胺焦磷酸鹽等。

 

       以磷、氮為主要組分的膨脹型阻燃劑成為 ABS 無(wú)鹵阻燃中，當(dāng)磷化合物加入氮之后可以形成磷-氮阻燃劑，由于氮化合物受熱后放出 N₂、CO₂、NH₃、H₂O  等氣體，這些不易燃燒的氣體阻斷了氧的供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了阻燃增效和協(xié)效的目的。

 

       四、ABS 阻燃劑的發(fā)展趨勢(shì)

 

       縱觀近年來(lái)阻燃劑研究開(kāi)發(fā)與發(fā)展?fàn)顩r，可以看出其發(fā)展趨勢(shì)是：

 

       （1）環(huán)?；?、低毒化。鹵系阻燃劑雖然仍將是阻燃劑的主要品種，但由于該類(lèi)阻燃劑燃燒時(shí)會(huì)生成有毒及腐蝕性物質(zhì)，因而無(wú)鹵阻燃劑及對(duì)環(huán)境友好型阻燃劑的需求會(huì)增長(zhǎng)。

 

       （2）高效化、多功能化。開(kāi)發(fā)高效、多種功能的阻燃劑，不僅能減少阻燃劑對(duì)基材物理力學(xué)性能的影響，同時(shí)對(duì)于減少污染、降低成本將是有益的。

 

       （3）納米化、微膠囊化。隨著納米和微膠囊技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)無(wú)機(jī)阻燃劑的表面改性和超細(xì)化是其發(fā)展方向。由于無(wú)機(jī)阻燃劑的阻燃效果差，添加量大，須采用新技術(shù)，如超細(xì)化、表面改性、大分子鍵合等進(jìn)行改進(jìn)。

 

       （4）復(fù)配技術(shù)的應(yīng)用。有的產(chǎn)品利用磷元素替代原來(lái)的鹵素，通過(guò)體積膨脹達(dá)到阻燃的效果。當(dāng)復(fù)合材料添加了該產(chǎn)品后，其中的阻燃劑會(huì)發(fā)泡交聯(lián)，并在材料表面形成一層穩(wěn)定的炭化層。

 

       該炭化層可以阻熱，減少氧氣的進(jìn)入，防止熔融聚合物的下滴，減少煙的濃度及有機(jī)物的排放，對(duì)材料起到很好的保護(hù)作用。且該母料具有較好的高溫穩(wěn)定性，易加工，有較好的著色性能。

 

       隨著家電工業(yè)和汽車(chē)工業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó) ABS 樹(shù)脂消費(fèi)量增長(zhǎng)迅速，對(duì) ABS 的環(huán)保、阻燃性也提出了更高的要求，開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)異的新型阻燃劑，不僅是阻燃材料研究的重要課題，同時(shí)也是 ABS 的發(fā)展方向。

 

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