微胶囊化红磷的阻燃机理及其在聚合物中的应用

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1、河北科技师范学院08级文献综述微胶囊化红磷的阻燃机理及其在聚合物中的应用摘要：本文介绍了微胶囊化红磷阻燃剂的优越性能及制备方法，探讨了微胶囊化红磷的阻燃机理，综述了微胶囊红磷阻燃剂的国内外研究进展情况，并且列举了该阻燃剂在聚合物中的具体应用。关键字：微胶囊化红磷；阻燃机理；应用1优越性能1.1红磷的缺点红磷是一种优良的无机阻燃剂，阻燃效率高，与其他阻燃剂相比，达到相同阻燃级别所需添加量少，因而对材料的物理力学性能影响小。但它暴露在空气中容易吸潮、氧化生成磷酸并释放出剧毒的磷化氢气体；同时，红磷与大多数聚合物的相容性较差

2、，影响产品的阻燃与力学性能。如果将普通红磷微胶囊化，则可从根本上克服上述缺点，因而受到了各国科研人员的高度重视[1,2]。红磷作为阻燃剂，存在下述缺点:1)红磷在空气中很容易吸收水分，生成H3PO4，H3PO3，H3PO2等物质，使制品表面被腐蚀而失去光泽和原有的性能，并慢慢向内层深化；2)红磷与树脂的相容性差，不仅难以分散，也会导致合成材料的性能下降；3)红磷长期与空气接触，在生成磷的含氧酸的同时，会放出剧毒的PH3气体，污染环境；4)红磷的吸湿性和表面不稳定性对塑料制品的物理性能有不良影响，尤其对弱电元件的漏电性和

3、高压元件的绝缘性影响更甚；5)红磷易被冲击所引燃，干燥的红磷粉尘具有燃烧及爆炸危险；6)红磷的深紫红色易被阻燃的制品着色。上述缺点严重限制了红磷的直接应用。因此，红磷作为阻燃剂，只有经过表面处理后才有实际的应用价值[3,4]。1.2微胶囊化红磷的优点微胶囊化红磷（亦称包覆红磷）是国际上近几年来发展起来的高效新型阻燃剂，是在细微的红磷粉末上，通过各种方法在其表面包覆一层极薄的高分子薄膜或氧化物薄膜。它不仅克服了红磷在使用中的几乎全部缺点，同时赋予其新的优越性能：热稳定好，易于高聚物相容，无毒无味低烟，耐候性好，贮存期长，

4、用量少，阻燃效果好，应用广泛等[5]。它不但可克服卤锑系阻燃剂燃烧时烟雾大、放出有毒气体及腐蚀性气体等缺陷，同时还可克服有机P-N膨胀型阻燃剂价格昂贵、无机阻燃剂添加量大等缺点[6]。2制备方法微胶囊化是一种化学品的特殊“包装”技术，它是用一种高分子物质（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（即囊壁），以满足某种特殊的甜要。微胶囊红磷的特点是将每一单个红磷微粒用一层连续致密的高分子树脂薄膜“包装”起河北科技师范学院08级文献综述来，以使红磷和外界隔绝开来，这可克服单纯红磷在作为阻燃剂使用

5、过程中所产生的前述间题。且根据不同需要可制得粒径在几个至几百个微米范围内的微胶囊红磷。此外，用来包覆红磷的高分子树脂（即囊材）大多数是合成高分子材料，对于改善与所要阻燃的基材相容性也是有益的[7,8]。微胶囊制备的关键在于使包封囊芯物的囊壁物成膜，有时还需要固化。为了实现包囊化，包囊膜的表面张力应小于囊芯物的表面张力。常见的微胶囊制备方法有以下5种：界面聚合法、原位聚合法、相分离法、乳液-溶剂蒸发法和物理机械法[9]。3阻燃机理3.1红磷的阻燃机理探究红磷表面与潮湿空气发生缓慢化学反应，生成各种不同价态的磷酸和磷化氢，

6、而无机金属氧化物和氢氧化物吸附于红磷的表面与红磷氧化生成的各种磷酸发生酸碱反应，使红磷表面的pH值保持中性，同时使红磷表面吸附的水变成金属盐的结晶水，减少了红磷表面的暴露面积，减慢了空气和水向红磷表面扩散的速度，从而减慢了吸水氧化速度抑制了磷化氢的释放[10]。磷系阻燃机理分为三类一是高分子材料燃烧时的高温使磷系阻燃剂生成磷酸或聚磷酸，在燃烧物表面形成高粘度的熔融玻璃质和致密的碳化层隔断热和氧。二是阻燃剂分解产生PO·、HPO·自由基，这些自由基捕捉高分子燃烧时生成的H·、HO·自由基，中断由H·、HO·自由基产生的连

7、锁燃烧反应三是促进燃烧物表面形成多孔质的发泡碳化层，隔断热和氧。每种磷系阻燃剂的阻燃机理由这三种组合，产生协同阻燃效果究竟以哪种机理为主，由阻燃剂和燃烧物的结构决定[11]。3.2微胶囊化红磷的阻燃机理在聚合物中加入包覆红磷的阻燃作用机理有如下几个方面，即在燃烧时，形成磷酸衍生物，起到热吸附体作用，阻碍了燃烧的进一步发生；截留自由基，改善热稳定性；与氧反应形成磷氧基，继续与聚合物发生反应，产生交联结构，得到磷氧交联的碳化层；与环境中的氧反应生成含氧磷酸盐，这种含氧磷酸盐具有较强的吸湿性，可以降低燃烧的聚合物的表面温度，

8、同时促进聚合物的表面湿度，同时促进聚合物的表面碳化[12]。红磷的阻燃机理通常认为是在凝聚相中进行的，加入红磷阻燃剂的聚合物燃烧时，红磷先被氧化并生成磷酸，接着磷酸又进一步脱水生成偏磷酸和聚偏磷酸，从而在聚合物表面形成一层不燃性的液体保护膜；同时，因偏磷酸和聚偏磷酸的强脱水作用，促使聚合物材料表面脱水炭化，形成一层致密的炭化层。液