红磷阻燃尼龙的研究进展

摘 要：文章介绍了红磷阻燃尼龙的阻燃机理以及近年来红磷阻燃尼龙的阻燃性能改进方法，包括红磷微胶囊化改性，红磷阻燃母粒，以及阻燃协效剂来提高阻燃性能。

关键词：红磷；尼龙；阻燃

前言

随着电子电器和汽车行业的飞速发展，聚合物材料因其生产技术成熟，成本相对较低，也越来越广泛的应用于这些行业中。但是，大部分聚合物材料属于容易燃烧的材料，在使用过程中容易带来火灾隐患。因此，对聚合物材料的阻燃性能进行改进具有十分重要的意义。尼龙是目前世界上产量最大、应用范围最广的工程塑料，许多种类的电器和汽车的外壳或者其他零部件都需要用到尼龙材料。尼龙是一种阻燃级别为UL94 V-2的可自熄的聚合材料，满足一些普通场合的阻燃需要，但是，在一些特殊场合，例如高温下，往往需要更高阻燃级别的尼龙材料。并且，目前通常使用玻璃纤维对尼龙材料进行增强，玻璃纤维在尼龙树脂中相当于“烛芯”，更加容易引发尼龙的持续燃烧。因此，为进一步提高尼龙的阻燃性能，学者们进行了较为广泛而深入的研究。

1 红磷阻燃机理

红磷阻燃尼龙是目前市场上应用最广泛的尼龙阻燃材料，目前，许多工艺成熟的大型家用电器的外壳都使用红磷尼龙。欧育湘[1]解释了红磷阻燃机理：红磷在高温（通常为400-450℃）下，解聚形成白磷，白磷在水汽存在下，被氧化为既可覆盖于被阻燃材料表面，又可加速脱水炭化的含氧酸。含氧酸主要作用是形成液膜和炭层，使被阻燃材料的表面与高温来源隔离，从而起到阻燃作用。通常来说，在一定范围内，红磷阻燃尼龙中，红磷含量越高，材料的氧指数越高。但是红磷阻燃尼龙存在稳定性不够、燃烧易产生有毒气体、产品带色的问题。因此，对红磷阻燃尼龙的改进成为研究热点。

2 红磷阻燃性能的改进

2.1 微胶囊化

微胶囊化使用一种高分子物质（即囊材）将另一种物质（即芯材）包覆上一层具有一定强度的连续紧密的薄膜，以满足特殊需要。将红磷进行微胶囊化，可以使红磷和外界隔绝开来，克服红磷在作为阻燃剂使用是所产生的问题。微胶囊化红磷阻燃剂又称高效包覆红磷阻燃剂，简称CRP，是一种紫红色粉末。CRP是一种较难吸湿的材料，与树脂和橡胶混合性好，电气性能优良。

王爱民等[2]将一定量的水、红磷、硫酸铝和絮凝剂制备成浅灰色微胶囊红磷粉末，然后将尼龙66、微胶囊红磷和玻纤混合制成注塑样条。王爱民等发现，囊材增厚可改善微胶囊红磷的吸湿性，延长红磷的贮存时间，并且囊材与红磷有良好的阻燃协同作用，当两者共用时，可降低红磷用量，从而降低材料成本。此外，在玻纤增强的尼龙66中加入微胶囊包覆红磷后，材料的力学性能有不同程度的提高，而单独使用红磷则不会有提高力学性能的效果，这表明微胶囊包覆红磷比红磷与尼龙树脂的力学相容性好。

刘典典等[3]使用PA46、微胶囊化的红磷母粒（MRP）、聚苯醚（PPE）树脂、相容剂和助剂，经过挤出注塑后获得阻燃玻纤增强PA 46。经过研究发现，PPE可作为成炭剂替代部分MRP，但当MRP的含量过低时，酸源不足，不能使体系阻燃性能达到V-0级。刘典典等还发现，将聚苯醚与MRP以同等质量添加时，MRP用量较少也能得到较好的阻燃效果。

2.2 阻燃母粒

阻燃母粒是阻燃剂借助分散剂等助剂，并以一定浓度（一般为40%-70%）均匀分布于载体树脂中的阻燃剂浓缩物。红磷阻燃母粒不仅能提高红磷稳定性，还能提高红磷在尼龙基体树脂中的分散性能。

石建江等[4]以红磷阻燃母粒为主阻燃剂，将红磷阻燃母粒或其它阻燃剂与玻璃纤维（质量分数为15%）、PA66、增容剂及其它助剂的混合物在260-275℃下经双螺杆挤出造粒，然后将粒料注塑成标准样条。石建江等比較了红磷阻燃母粒、溴系阻燃体系、氢氧化镁、氢氧化铝对玻纤增强PA66的阻燃效果，结果发现，红磷阻燃母粒的阻燃效果仅次于溴系阻燃体系，但在燃烧时产生的烟雾和熔滴物比溴系阻燃体系大为减少。石建江等还发现，红磷阻燃母粒的用量为达到 21份时， 材料的氧指数达到最大值。

2.3 阻燃协效剂

阻燃协效剂通常是指与阻燃剂并用时，能大大提高阻燃剂的阻燃效果的一类化合物。红磷大多使用氢氧化铝、氢氧化镁作为阻燃协效剂。

陈妍等[5]将干燥过的PA66与纳米改性氢氧化铝（CG-ATH）及包覆红磷按照一定比例混合后，经挤出、注塑获得标准测试样条。陈妍等发现，在单独使用纳米CG-ATH时，PA66体系的氧指数随着纳米CG-ATH 增加而提高，而包覆红磷与纳米CG-ATH对于PA66而言是一种阻燃效果较好的协效阻燃体系。陈妍等还研究了PA66、包覆红磷、纳米CG-ATH的最优质量配比，并发现，当三者质量比为100∶13∶20 时，所得到的PA66复合材料氧指数可达33，是一种阻燃和力学性能都较优良的材料。

伍玉娇等[6]研究了PP/PA6合金的阻燃性能，在100份PP/PA6/PP-g-MAH组成的树脂基体中加入15份包覆红磷，并加入不同含量的Mg（OH）2来研究包覆红磷与Mg（OH）2的协效阻燃体系对PP/PA6合金性能的影响。伍玉娇等发现，Mg（OH）2和包覆红磷能够提高PP/PA6 复合材料的热稳定性，促进碳化层的生成，降低复合材料的燃烧和热裂解速度，但是，当其用量过大时，会降低复合材料的力学性能。考虑材料的阻燃性能和其他综合性能，以包覆红磷为15份，Mg（OH）2为20-30份最佳。

3 结束语

对红磷阻燃尼龙的改进主要包括对红磷微胶囊化改性，将红磷制成阻燃母粒，以及使用阻燃协效剂提高红磷的阻燃性能。通过这些改性手段，能够进一步提高红磷尼龙的阻燃性能，对于红磷尼龙的工业应用具有十分重要的意义。

参考文献

[1]欧育湘.阻燃剂[M].北京：国防工业出版社，2009：53-54.

[2]王爱民，刘云飞，罗道友，等.微红磷阻燃剂的制备及其在玻纤增强尼龙66中的应用[J].塑料，2004，33（6）：37-40.

[3]刘典典，冉进成，赖学军，等.聚苯醚与红磷母粒无卤阻燃玻纤增强PA46的研究[J].塑料工业，2013，41（7）：91-94.

[4]石建江，陈宪宏，肖鹏.阻燃玻纤增强尼龙66的研制及其应用[J].工程塑料应用，2006，34（1）：35-37.

[5]陈妍，张鹏远，段国萍，等.纳米改性氢氧化铝与包覆红磷协效阻燃尼龙66的研究[J].北京化工大学学报，2004，31（5）：18-21.

[6]伍玉娇，肖贤彬，骆丁胜，等.Mg（OH）2与包覆红磷协效阻燃PP/PA6复合材料的研究[J].塑料，2009，38（1）：58-61.

作者简介：谢恺君，女，硕士研究生，主要从事高分子材料的研究和应用。