用于TPU弹性体的无卤阻燃剂介绍

12-04 2023 | View:

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是一种由低聚物二醇软段与二异氰酸酯⁃扩链剂硬段构成的线性嵌段共聚物。TPU 加热后可以塑化，具有优异的加工性能；同时，TPU 的强度、弹性以及耐磨性等性能优异，已广泛地应用于汽车、涂料、国防、建筑材料、服装、电线电缆等行业。

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普通TPU 的极限氧指数（LOI）仅为19％左右，影响其在汽车、电缆等部分火灾安全性要求高的领域的应用，对TPU 进行阻燃改性非常重要。

一、磷系阻燃剂

磷系阻燃剂在高温下分解成磷酸或其酸酐，能促进成炭，形成的炭层可以隔热隔氧，为固相阻燃；磷系阻燃剂在燃烧期间产生PO·自由基以捕获燃烧自由基，中断燃烧链反应来提高材料的阻燃性，属于气相阻燃。

常用的磷系阻燃剂有红磷、聚磷酸铵（APP）、磷酸酯、次磷酸盐以及磷氮化合物等。磷系阻燃剂毒性低，但是价格较高。

二、氮系阻燃剂

氮系阻燃剂阻燃的材料燃烧时会吸收大量的热量并分解形成NH3、N2 等不燃气体，以此稀释易燃气体，属于气相阻燃。目前常用的氮系阻燃剂主要为三聚氰胺及其衍生物。

无毒无污染，但是单组分使用时阻燃效率不高，多与其他阻燃剂复配使用。

三、硅系阻燃剂

硅系阻燃剂主要分为有机硅和无机硅两类。常用的无机硅阻燃剂为SiO2、硅胶和层状硅酸盐等，其阻燃机理是无机硅化合物会在材料表面起到屏障作用，可以隔绝氧气并提升成炭率；有机硅阻燃剂包括硅树脂和硅橡胶等，防熔滴效果好，能够分解形成致密的硅炭层。硅系阻燃剂常与其它阻燃剂协同阻燃。

四、纳米无机阻燃剂

纳米无机阻燃剂种类多样，主要为一些金属氧化物、金属氢氧化物以及纳米层状硅酸盐如蒙脱土、水滑石和凹凸棒土等，其最大的特点是绿色无污染且毒性低。通过引入纳米级颗粒状、层状或管状的无机阻燃剂，可以提高材料热稳定性和力学性能。

纳米级无机阻燃剂可以作为阻隔层有效地隔氧隔热，属于凝聚相阻燃。但是无机阻燃剂阻燃效率低，添加量大且容易损害材料力学性能，故常作为协效阻燃剂与其它阻燃剂复配使用。

五、膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂（IFR）一般是由炭源、酸源和气源构成的一种复配阻燃剂。炭源在加热时可以形成炭层，主要为高碳含量的多羟基化合物，例如季戊四醇（PER）；酸源在材料燃烧过程下产生无机酸使得含碳多元醇脱水，一般为无机酸或燃烧中能原位生成酸的化合物，如聚磷酸铵等；气源则可以在材料燃烧时受热分解产生大量不燃气体，从而稀释氧气浓度，多为含氮类化合物，如三聚氰胺等。

常用的IFR一般由APP、PER、三聚氰胺等组成。IFR 具有阻燃效率较高、毒性低、抑烟等优点，目前被广为关注。膨胀型阻燃剂阻燃效率较高，且生物基膨胀型阻燃剂对环境和人体无害。