陈志钊，刘华夏，周侃（清远市普塞呋磷化学有限公司）

摘 要
本文以联枯体系（选用NitrophorTM FR1000）、耐温型体系（NitrophorTMFR2000）作为评估对象，分别用于高光聚丙烯材料当中。实验结果表明当阻燃剂添加量为2.5%时可以满足UL94 V-2的标准，测试分析其力学性能差异，并着重研究了两种阻燃剂做成的阻燃聚丙烯的雾化性能，实验结果显示NitrophorTM FR2000综合性能最优。
 

关键词
聚丙烯，阻燃剂，UL94 V-2，高光
 

前 言

聚丙烯材料是日常生活中最常用的通用塑料之一，具有优良的机械性能和良好的绝缘性能，密度小等优点，被广泛应用于电子电器等领域，然而聚丙烯材料的氧指数只有18%左右，属于易燃物质，燃烧时释放大量的热量及烟雾，因此对对聚丙烯材料进行阻燃改性，是改善其燃烧性能的最重要的手段。

近年来，随着国民生活水平的提高，智能马桶在市面上流行，其具有加热照明，清洗，自清洁等功能，越来越受到人民的青睐。市面上智能马桶的圈座部件，一般是采用聚丙烯材料制成，材料性能要求具备阻燃达到UL94 V-2级别，还对其导热，高光等性能有一定的要求。

市售的UL94 V-2级聚丙烯用阻燃剂主要包括溴锑体系[1]和自由基引发剂滴落阻燃体系[2,3]：溴锑体系用于高光聚丙烯材料，一般选用析出较少的TBC复配三氧化二锑制得，添加份数较多，一般有8%左右的添加量可达到UL94 V-2阻燃级别。2020年9月3日，欧盟委员会发布塑料法规EU10/2011的最新修订指令（EU）2020/1245。法规将于20天后生效。其中最重要的一条是“三氧化二锑迁移限制适用于所有三氧化二锑来源，而不仅仅是作为添加剂的用途”，所以对三氧化二锑的限制，影响了溴锑体系的前景，因此本文不以溴锑体系为主要研究对象。

自由基引发剂滴落阻燃体系最常见的是联枯体系，其阻燃剂成分通常是采用联枯（2，3-二甲基-2，3-二苯基丁烷）、次磷酸铝和三聚氰胺氢溴酸盐进行复配，整体阻燃剂添加量大约2-3%可达到UL94 V-2阻燃级别，其具有添加量少，阻燃效率高等优点。

图1 联枯（2，3-二甲基-2，3-二苯基丁烷）的化学结构

市面上还有对联枯体系进行升级改造的阻燃剂，本文称为耐温体系，针对联枯体系中的联枯分解温度较低（图2所示联枯的TGA 1%分解温度大约120℃左右），更换为分解温度更高的自由基引发剂，复配次磷酸铝及三聚氰胺氢溴酸盐，组成分解温度更高的自由基引发剂滴落阻燃体系，其添加量与联枯体系比较接近，大约2-3%添加量可达到UL94 V-2阻燃级别。

图2 联枯的TGA谱图（条件10mg，升温速度10℃/min，300℃）

本文所选用了两种阻燃体系，考察其在典型高光阻燃聚丙烯配方中的综合表现：一、所选的联枯体系为清远市普塞呋磷化学有限公司产品NitrophorTM FR1000；二、所选的耐温体系产品为清远市普塞呋磷化学有限公司产品NitrophorTM FR2000（非联枯，非聚联枯体系）。在典型配方下作对比，对其阻燃性能及其它性能作对比。
 

1 实验部分

1.1 主要原料

聚丙烯低卤环保阻燃剂（NitrophorTM FR1000）：清远市普塞呋磷化学有限公司；聚丙烯低卤环保阻燃剂（NitrophorTM FR2000）：清远市普塞呋磷化学有限公司；均聚聚丙烯（Z30S）：茂名石化，熔指28gg/10min；EBS：日本花王；1010：三丰化工；168：三丰化工；黑种：卡博特。
 

1.2主要仪器及设备

双螺杆挤出机：SK-36型，南京科亚化工成套装备有限公司；塑料注塑成型机：海石HS-1200；万能试验机：CMT4204，深圳新三思材料测试有限公司；熔体流动速率测定仪：XRL-400A，承德精密试验机有限公司；悬臂梁冲击试验机：ZBC-25B，深圳新三思材料测试有限公司；垂直燃烧测定仪：公司自制；雾化仪：Horizon FTS，桂宁(上海)实验器材有限公司。
 

1.3 实验步骤

1.3.1 样品制备

将实验所用PP以90℃条件干燥3h。

将干燥后的PP、阻燃剂及各种助剂根据配方搅拌均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中挤出，造粒，干燥。根据测试内容不同，注塑制成各种标准样条。
 

1.3.2 实验配方

1.3.3 性能测试

按ASTM D792塑料密度和相对密度试验方法进行密度测试；

按ASTM D638塑料拉伸性能的测试方法进行拉伸性能测试；

按ASTM D790未增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性的标准试验方法进行弯曲性能测试；

按ASTM D256塑料冲击试验方法进行悬臂梁缺口冲击强度（Izod）测试；

按ASTM D1238热塑性塑料熔体流动速率的标准测试方法进行熔融指数的测试；

按UL94标准进行垂直燃烧测试；

按DIN 75201:2011-B进行雾化测试；
 

2 结果与讨论

2.1 两种阻燃高光聚丙烯材料的性能测试

2.2 两种阻燃高光聚丙烯材料的雾化性能情况

图3 NitrophorTMFR1000雾化实验后铝箔表面

图4 NitrophorTMFR2000雾化实验后铝箔表面

由表3实验数据可知，联枯体系NitrophorTM FR1000经雾化实验后相比耐温体系NitrophorTMFR2000体系雾化析出严重，表明NitrophorTM FR2000阻燃剂用于聚丙烯制品拥有优良的稳定性，耐析出性能优异。

雾化测试是指在一定外部光热条件下，从材料内部设备上挥发出的物质和汽化出的物质在玻璃板上形成的冷凝现象，经常被用在汽车标准中，本实验用此方法来验证UL94 V-2体系用于阻燃高光聚丙烯中是否存在析出想象，进一步表征其在加工过程可能遇到的系出问题。从机理上看，最重要的是两种阻燃剂的分解温度上，从图5可以看出，由于NitrophorTM FR1000的分解温度要低于NitrophorTMFR2000。两个样品高温改性及注塑加工，温度条件在170-200℃左右，另外在雾化过程中，长时间处于100℃条件下，这两个过程中，NitrophorTM FR1000中含有的联枯都发生分解，变成低分子物质包裹在高分子内部，当经过雾化测试，高温分解出来的小分子物质就会冷凝在玻璃板上。

图5 两种阻燃剂的热分解TGA谱图（条件10mg，升温速度10℃/min，700℃）
 

3 结论

（1）聚丙烯低卤环保阻燃剂NitrophorTMFR1000以及NitrophorTM FR2000在阻燃高光聚丙烯材料中，都可以满足材料UL94V-2的阻燃要求；

（2）由于分解温度更高，耐温性能更好，聚丙烯低卤环保阻燃剂NitrophorTM FR2000应用在阻燃高光聚丙烯材料后，其雾化性能数据优于NitrophorTM FR1000，因此前者具有更优的应用效果。

REFERENCES

[1] J. Kaspersmaa,C. Doumena, S. Munrob, A. Prinsa. Fire retardant mechanism of aliphatic brominecompounds in polystyrene and polypropylene[J]. Polym. Degrad. Stab. 2002,77,325–331;

[2]G. Bertelli, G.Camino, L. Costa & R. Locatelli. Fire Retardant Systems Based on MelamineHydrobromide: Part I--Fire Retardant Behaviour[J]. Polym. Degrad. Stab. 1987,18, 225-236;

[3] G. Bertelli,G. Camino, L. Costa & R. Locatelli. Fire Retardant Systems Based onMelamine

Hydrobromide: Part2 Overall Thermal Degradation [J]. Polym.Degrad. Stab.1987, 18, 307-319;

Comparison of two types of flame retardants used in highgloss flame retardanted polypropylene

Zhizhao Chen, Huaxia Liu, Kan Zhou

Presafer (Qingyuan) Phosphor Chemical Company Limited

Abstract In this paper, Weuse two types of flame retardants in high gloss polypropylene, Dicumyl typing(NitrophorTMFR1000 from Presafer) and anti-aging typing(NitrophorTM FR2000 fromPresafer). The experimental results show that they can meet the standard ofUL94 V-2 when the additions are 2.5%, and the mechanical properties are alsotested. We focus on the atomization performance of the two high gloss flameretardanted polypropylenes, and found that anti-aging typing(NitrophorTMFR2000 from Presafer) has the best performance

Key words polypropylene, flameretardant, UL94 V-2, high gloss