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阻燃技術新方向-微膠囊化技術

一.微膠囊化阻燃技術

微膠囊技術是一種利用高分子材料來包覆分散的液體、固體或氣體材料從而形成微小粒子的技術。該技術通過囊壁的隔離作用對囊芯進行保護;而在特定條件下囊壁又會被破壞,囊芯活性成分就會釋放出來。

 

圖1. 微膠囊粒子

 

 

微膠囊化阻燃技術就利用了這種特殊的囊壁包覆結構使阻燃劑免受外界光、熱、濕度等環境因素的影響,同時囊壁的存在也會使得微膠囊阻燃劑能夠耐受更高的加工溫度和壓力。當制件遇火并產生高溫時,囊壁熔融破裂釋放出阻燃劑從而達到阻燃目的,其機理見圖2。

 

圖2. 微膠囊化阻燃技術機理

 

 

二.微膠囊化阻燃技術優勢

眾所周知,微膠囊技術在醫藥、食品、涂料等行業有著非常廣泛的應用,那它在阻燃行業又會具備那些獨特的優勢呢?

目前廣泛使用的阻燃劑分為無機阻燃劑和有機阻燃劑兩類,這些阻燃材料在使用過程中往往會存在吸水失效、有毒、腐蝕性大、穩定性差或與基體相容性差等問題并會影響制件的長期阻燃性能。對阻燃劑進行微膠囊化處理可在以下幾方面起到明顯的改善作用:

1.經微膠囊化處理的氣態、液態阻燃劑可轉變為固態阻燃劑,利于加工。

2.針對不同的基體材料,適當壁材的選擇有助于阻燃劑的分散,減少改性材料機械性能的損失。

3.微膠囊處理后,液體阻燃成分的揮發、遷移性明顯下降,阻燃效率更高。

4.加工過程中可避免阻燃劑內毒害成分或刺激性氣體的釋放。 

5.殼體材料的選擇賦予阻燃劑新的物理性能,如色澤、比重、容積等。

 

三.阻燃劑微膠囊囊壁材料的選擇

從阻燃微膠囊的特點我們可以發現其囊壁的存在對阻燃劑的物性有很大的影響,因此在使用時不光要關注囊芯的阻燃成分,同時需對其殼體組分進行甄選。選擇原則如下:(1)無毒、無刺激性;(2)與阻燃劑不相容;(3)與樹脂基體有良好的相容性(4)成膜性好;(5)熔融溫度高于阻燃劑加工溫度。此外特殊工作環境的影響也需考慮在內,如阻燃制件為結構部件時,選擇的囊壁材料就必須具有一定的力學性能;阻燃等級要求較高的制件囊壁不能選用易助燃的材料。目前使用的殼體高分子材料分為如下三類:

 

表1 阻燃微膠囊殼體材料

 

四. 微膠囊阻燃技術的典型應用

微膠囊技術可被應用于絕大多數的阻燃劑中,而其中以紅磷阻燃劑的微膠囊化研究最為活躍。

圖3. 紅磷白度化處理

 

 

紅磷是一種高效、無毒的綠色環保型阻燃劑,然而它在使用過程中仍存在兩個亟待解決的問題:(1)紅磷本身為無機組分與高分子材料的相容性較差,容易在基體內形成團聚現象嚴重影響材料的力學性能;(2)紅磷本身帶有顏色,這就使制件局限于紅、黑等少數幾種顏色。微膠囊技術針對于以上問題給出了很好的解決方案,如圖3所示通過囊壁材料與包覆工藝的優選可實現紅磷的白度化處理。此外微膠囊化的紅磷具有更好的耐熱溫度、較低的吸水性及磷化氫排放量。表2為微膠囊化紅磷與普通紅磷的特性對比。

 

 

表2 微膠囊化紅磷與普通紅磷物性對比

 

五.總結

近年來,我國微膠囊阻燃技術的研究得到了快速的發展,相關產品也隨之出現。但產品的品質仍有待于進一步提升。未來的工作須致力于如下幾方面:(1)針對不同阻燃基材,與之對應囊壁材料的開發應用;(2)充分開發囊芯-囊壁的協效阻燃作用;(3)包覆技術的改善;(4)納米微膠囊阻燃材料的開發,從而改善阻燃材料的理化性能。

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