解密ABS阻燃技巧，揭秘适用阻燃剂！

ABS树脂是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)3种单体共聚、介于通用塑料和工程塑料之间的热塑性聚合物。

 

ABS树脂具有耐冲击、耐热、耐低温、耐化学品、易加工成型和表面光泽性好等性能，目前广泛用于汽车、电子、电器、纺织、器具和建材等领域，因此对ABS的阻燃性要求也越来越高。

 

接下来我们一起来盘点下ABS阻燃剂的重要性、改善ABS阻燃性能的方法以及主要阻燃剂类型。

 

一、ABS阻燃的重要性

 

随着高分子在现代生活及各个行业的广泛应用，人们对材料的阻燃性和其他性能的要求越来越高。我国对高分子材料阻燃化的要求也日益迫切。

 

同大多数高分子材料一样， ABS为可燃性材料 (其氧指数仅为22%)，着火时燃烧速度快，且产生大 量的烟，因此ABS阻燃是一项重要的科研课题。

 

单独使用ABS时阻燃性较差，在实际应用中要添加阻燃剂来改善其阻燃效果，而添加阻燃剂会降低ABS的物理力学性能，尤其是制品的冲击性能大幅度下降，而且通常阻燃剂的价格是ABS的2~3倍， 使制品的成本提高。

国内大部分厂家所用阻燃剂是十溴二苯醚 (DEBDE)，该阻燃剂溴含量高，热稳定性能优异，添加量小，阻燃效果好。

 

但是随着现代高新技术的应用，传统阻燃剂已远远满足不了市场对其性能的要求，未来的新型阻燃剂必将是无卤、高效、低烟、低毒、多功能的复合型阻燃剂。

 

二、改善ABS阻燃性能的主要方法

 

（1）改变ABS共聚物的组分，如加入反丁烯二酸酯或三溴苯乙烯作为第四单体与苯乙烯、丁二烯、丙烯腈进行共聚合，得到四组分阻燃共聚物。 该方法阻燃持久性好，但需要在ABS聚合过程中加入，其工艺复杂，成本高，因此较少采用。

 

（2）混合高阻燃性树脂(如PVC 、CPE等)。该方法需加入大量高阻燃性树脂才能有效，进而会极大影响ABS的固有性能。

 

（3）添加无机阻燃剂(如Al(OH)3、Mg(OH)2、 MoO3等)。该方法所用阻燃剂需大量添加(通常需要60份以上)才能有明显的阻燃效果，因此会导致聚合物的力学性能和加工性能显著下降，失去使用价值。

 

（4）添加有机阻燃剂(如卤素化合物、磷类阻燃剂等)。该方法阻燃剂添加量虽然较少，阻燃效果好， 但存在耐候性差、价格昂贵、燃烧时冒黑烟的问题。

 

 

 

目前，大多采用综合后三项添加型阻燃方法，来制备各项性能都较佳的低烟阻燃ABS体系。

 

 

三、ABS阻燃剂的种类

 

1 有卤阻燃剂

 

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溴系阻燃剂：有卤阻燃剂主要指溴系阻燃剂。溴系阻燃剂分为以下几类:

 

（a）多溴二苯醚类：多溴二苯醚类有八溴二苯醚和十溴二苯醚等，这类阻燃剂效率高、用量少，产品具有良好的力学性能，且价格适中。但这类阻燃剂不符合RoHS禁令，属于非环保产品，现在已禁用。

 

（b）十溴二苯乙烷（DBDPE）：由于含有非游离溴，不属于多溴二苯醚类，燃烧时不产生多溴联苯类及多溴联苯醚类等RoHS禁令严禁使用的物质。

 

其成本与十溴二苯醚相当，且安全性评估表明， DBDPE属于低毒、无刺激性阻燃剂，对众多体内遗传基因的作用呈阴性，重复剂量毒性也很低，可替代多溴二苯醚类作为ABS的阻燃剂。

此外，锑系阻燃剂是一种重要的阻燃增效剂。 可单独使用亦可复合使用，尤其是在与卤系阻燃剂并用时可大大提高卤系阻燃剂的效能，是卤系阻燃剂中不可缺少的协同剂。其主要品种有Sb2O3， Sb2O5及锑酸钠(NaSbO3 •1/4H2O)等。

 

（c）溴化环氧树脂：溴化环氧树脂指由四溴双酚A合成的环氧树脂，具有优良的熔融流动性、较高的阻燃效率、优异的热稳定性和光稳定性，且有较好的物理力学性能，是一种理想的ABS阻燃剂。

 

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氯化聚乙烯(CPE)阻燃剂：CPE外观为白色粉末，无毒，溶于芳烃和卤代烃，不溶于脂肪烃，在170℃以上分解，放出氯化氢气体。

 

由于CPE分子结构中不含不饱和双键并接入含氯基团，且氯原子是沿着聚乙烯链无规分布， 因此具有稳定的化学结构，优良的耐热老化性、耐寒性、耐候性、耐化学药品性、耐臭氧性和电绝缘性。

 

CPE作为一种弹性体聚合物，与多种高聚物具有良好的相容性，可作为ABS 、PVC 、PP 、PE 、PS 等的改性剂。

 

同时由于CPE含有卤素，具有阻燃性， 可作为第二阻燃剂使用，而且CPE的价格比ABS低， 因此CPE是阻燃ABS改性的理想选择。

 

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CPE与Sb2O3的协同阻燃效应：在ABS与复合阻燃剂DBDPE/Sb2O3 的材料中加入CPE，复合材料的氧指数会升高，热释放速率、 有效燃烧热、质量损失速率有所降低，说明CPE具有阻燃作用，可以作为第二阻燃剂使用。

 

加入CPE之后，复合材料的冲击强度大幅度提高，说明CPE和 Sb2O3之间存在协同效应。此外，加入CPE/Sb2O3后， 复合材料的生烟速率可显著降低，说明 CPE/Sb2O3对于ABS还具有很好的抑烟作用。

 

 

2 无卤阻燃剂

 

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氢氧化铝与氢氧化镁：氢氧化铝和氢氧化镁是两种常见的无机填料型阻燃剂。其特点是无卤、无毒、抑烟、价廉。

 

其阻燃机理基本相同，都是以凝聚相阻燃机理(即高 温下氢氧化铝在ABS表面形成凝聚相，隔绝了空 气，阻止热传递、降低可燃性气体释放量: 氢氧化镁/ABS复合材料燃烧时，表面结成致密炭层。

 

而形成的炭层能阻隔燃烧热向未燃烧部分反馈以及分解产物向火焰区的扩散燃烧，起到隔热、隔质作 用，能够有效地降低材料的热释放速率，延缓材料的燃烧)和冷却机理(即阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应，降低聚合物表面和燃烧 区域的温度，防止热降解，进而减少可燃性气体的 挥发量，最终破坏维持聚合物持续燃烧的条件)兼有。

 

但单独添加用量大，对树脂的力学性能改变较大，故一般不常用这两种阻燃剂作为主阻燃剂使用。

 

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包覆红磷：包覆红磷只含阻燃元素磷，其阻燃效率比其他含磷阻燃剂高。其阻燃机理是以凝聚相阻燃为主， 即高温下包覆红磷在ABS表面形成凝聚相，隔绝了空气，阻止热传递，降低可燃性气体释放量，从而达到阻燃目的。

 

但单独使用包覆红磷阻燃ABS的效果并不明显，而与其他协效剂并用可得到较好的阻燃效果。研究发现，当包覆红磷用量为9%， 氢氧化铝用量为20%时，可得到力学与阻燃性能都 比较理想的协效环保阻燃型ABS。

 

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磷氮复合阻燃剂：含氮阻燃剂主要以分解过程中形成氮等不燃性气体，稀释和冲淡可燃性气体或覆盖于材料表面而阻燃。其常见的有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐 (MCA)、三聚氰胺焦磷酸盐等。

 

以磷、氮为主要组分的膨胀型阻燃剂成为ABS无卤阻燃中，当磷化合物加入氮之后可以形成磷-氮阻燃剂， 由于氮化合物受热 后放出N2、CO2、NH3、H2O等气体，这些不易燃烧的气体阻断了氧的供应，实现了阻燃增效和协效的目的。

 

四、

 

ABS阻燃剂的发展趋势

 

 

纵观近年来阻燃剂研究开发与发展状况，可以看出其发展趋势是:

 

（1）环保化、低毒化。卤系阻燃剂虽然仍将是阻燃剂的主要品种，但由于该类阻燃剂燃烧时会生成有毒及腐蚀性物质，因而无卤阻燃剂及对环境友好型阻燃剂的需求会增长。

 

（2）高效化、多功能化。开发高效、多种功能的阻燃剂，不仅能减少阻燃剂对基材物理力学性能的影响，同时对于减少污染、降低成本将是有益的。

 

（3）纳米化、微胶囊化。随着纳米和微胶囊技术的不断发展，对无机阻燃剂的表面改性和超细化是其发展方向。由于无机阻燃剂的阻燃效果差，添加量大，须采用新技术，如超细化、表面改性、大分子键合等进行改进。

 

（4）复配技术的应用。有的产品利用磷元素替代原来的卤素，通过体积膨胀达到阻燃的效果。当复合材料添加了该产品后，其中的阻燃剂会发泡交联，并在材料表面形成一层稳定的炭化层。

 

该炭化层可以阻热，减少氧气的进入，防止熔融聚合物的下滴，减少烟的浓度及有机物的排放，对材料起到很好的保护作用。且该母料具有较好的高温稳定性，易加工，有较好的着色性能。

 

 

随着家电工业和汽车工业的迅猛发展，我国ABS树脂消费量增长迅速，对ABS的环保、阻燃性也提出了更高的要求，开发出性能优异的新型阻燃剂，不仅是阻燃材料研究的重要课题，同时也是ABS的发展方向。