未来无卤阻燃剂全面替代有卤阻燃剂可行吗?

时间:2019-02-18来源:荣格塑料浏览量:

环保潮来袭,阻燃剂何去何从?

近年来,我国高分子材料技术发展突飞猛进,各种高分子材料的应用也遍布众多领域。在高分子材料广泛应用的背后,很多材料同时存在着严重的火灾隐患,主要原因便是多数材料没有经过相应的阻燃处理,极易燃烧。 




阻燃剂的大作用与多体系

所谓阻燃剂,顾名思义是用来防止材料被引燃以及抑制火势传播的功能助剂。据统计,2017年全球阻燃剂的需求大约为285万吨,其中北美、西欧地区大约为148万吨,中国地区大约为44万吨,除中国之外的其他亚洲地区大约76万吨,剩余地区大约在17万吨。从消费结构来看,塑料、橡胶、纺织品、涂料等高分子材料是需要阻燃的主体。

 

叶文在接受本刊采访时表示,阻燃剂需要发挥吸热作用、覆盖作用、抑制链传递作用以及不燃气体窒息作用来达到阻燃效果。“阻燃的目的并不是完全不烧,而是即便烧起来,也只释放出少量热量、且燃烧慢、释放毒烟少,这样就能大大增加逃生的时间。”

 

叶文所在的上海化工研究院有限公司(以下简称“上化院”)创立于1956年,是我国第一批科研院所,目前主要从事新材料、新能源、新装备的研究开发和行业服务。在新材料领域,上化院主要的研究内容有聚烯烃催化技术、高性能材料、工业净化材料和特种功能材料等。

 

而各种无卤阻燃剂技术,就是研究院的重点研究内容之一,也是叶文主要的研究方向。

 

从大方向上分,阻燃分为有卤阻燃和无卤阻燃,其中有卤阻燃易释放有毒烟气,对环境造成污染,目前主要以溴系和氯系阻燃剂为主;无卤阻燃在阻燃材料中增长速度最快,近年来很多企业对无卤阻燃表现出非常大的兴趣,目前主要包含无机系和磷氮系两大类产品。

 

卤素阻燃剂作为有机阻燃剂的重要品种,由于其价格合理、稳定性好、添加量低、与高分子材料相容性好及能较好保持阻燃制品原有性能的优势,因此在很多行业应用较广。但其缺点也很明显,燃烧时生成大量的黑烟和有毒气体,一旦发生火灾,会妨碍到救火和人员疏散工作。

 

随着全球环保意识的日益加强,消费者对高分子制品的阻燃要求越来越高,无卤、低烟、低毒的环保型无卤阻燃剂应用已越来越广泛。据介绍,无卤阻燃添加剂主要以磷氮系化合物和金属氢氧化物为主,这两类化合物燃烧时不挥发、不产生腐蚀性气体,被称为无公害阻燃剂,另外还有硅系、硼系等几类新型的无卤阻燃剂。

 

“磷氮系无卤阻燃剂具有环保和阻燃性能优异的特点,而无机系无卤阻燃剂的特点是添加量大,阻燃、加工、机械物理性能比较欠缺。综合来看,目前无卤阻燃剂整体上没有有卤阻燃剂好用,但它在安全性方面的表现足以弥补性能方面的瑕疵!”叶文强调说。


需求之下,阻燃剂迎来快速发展

目前,各国相关防火法规和标准都强制规定电子设备、建筑、交通工具中相应塑料部件必须满足相应的阻燃防火要求,也就意味着必须添加阻燃剂。

 

“其实,目前但凡和人体环境有接触的塑料,都已经或多或少用到了阻燃技术,具体的区别无非是阻燃级别要求的高低、使用何种阻燃剂等。”叶文如是说。目前我国阻燃剂用量较大的行业有电线电缆、家电及3C行业、汽车、建筑、电器开关、胶黏剂等。

 

在众多应用领域中,尤其是在人们居住建筑中,阻燃材料的作用显得尤为重要。目前高层住宅越来越多,每栋大楼会有一个跟电梯井一样设计的电缆井,将各类电缆从楼底连接到楼顶。平时电缆中用到的塑料工作温度维持在40-60℃,一旦发生火灾,由于电缆井的特殊构造,会形成“烟囱效应”,火势和浓烟会快速蔓延到高层;同时,火势也会随着桥架往连通的房间、走道等方向横向蔓延。因此,电缆必须做好防火、封堵工作,阻燃剂就变得必不可少。

 

此外,阻燃材料在家电领域的应用也十分重要。中国家用电器协会统计数据显示,目前塑料在家电中的用量已占重量的40%。估计很多人还记得,两年前格力召回在美国销售的超过250万套除湿机,并接受接近1亿罚款的事件,而这个事件的起因就在于“除湿机没有达到UL阻燃标准”。据报道,空调、取暖器、厨房电器等家电的塑料外壳,未来都会被强制要求使用不燃或阻燃材料。

 

随着汽车轻量化的推进,越来越多的轻量化材料被用于代替传统的金属材料。尤其是新能源汽车行业,对材料的阻燃性能要求更高,特别是充电桩、电池部件、汽车连接器上的塑料件,全部要求阻燃。以汽车连接器为例,因为连接器接触件是金属,插拔次数多,因此要求材料具有良好的阻燃性、耐热性,目前常用的材料有PBT、PPS、PA、PPE、PET等。

 

随着国家对材料阻燃要求的提升和各项阻燃法规的建立和健全,我国阻燃剂将迎来一轮开发和发展热潮,整个阻燃剂行业将向着环保化、低毒化、高效化、多功能化的方向前进。


无卤阻燃剂未来是否会全面替代有卤阻燃剂?

据介绍,目前欧盟对材料中卤素含量的标准最为严格,如IT产品的欧盟无卤标准是卤素含量在800ppm以下,我国很多出口到欧盟的电气产品必须满足这些法规的要求。于是,新型的无卤阻燃剂成为了符合国际标准发展趋势的新产品,也因此成为各类材料助剂中发展最快的品种之一。

 

“我所在的研究院定位一直很明确,就是做高校和纯企业之间的孵化纽带,从实用性的角度实现下游企业的需求。”叶文坦言道,“无卤阻燃剂要进一步发展,必须不断提高其性能及成本优势。现有的APP阻燃剂,其耐水性问题是不可回避的,我们研究院已经成功开发出一种高效的PAPP无卤阻燃剂体系,有望取代APP成为下一代无卤阻燃剂的核心组分。”

 

PAPP的典型优势在于:第一,避免了APP体系固有的缺点,不易析出,无水滑现象;第二,热稳定性更高,1%热分解温度为295℃,能够适应更高的加工温度;第三,添加量低,复配后在纯PP树脂体系中,20-22%添加量即可实现UL94V-0(1.6mm)阻燃等级;第四,可适用于多种体系,如PP、PE、TPE及PP多种浓度玻纤增强、填料填充体系。

 

目前,研究院开发出的PAPP无卤阻燃剂体系主要包含了三种产品:ANTI-610、ANTI-NH2和ANTI-10。叶文分别就以上三个产品做了相关的案例介绍,如添加了30%和28%ANTI610的PP料可分别用于洗衣机塑料内件和吸尘器绕线盘,并满足UL94V-0(1.6mm)的关键指标;25%添加量的ANTINH2作用于PP基材,可以用作暖风机前格栅,并满足UL94V-0(1.6mm)、850℃灼热丝、流动性好、无水滑的要求,目前已经有国内客户利用该技术将产品成功出口至中东和欧美市场,年出口量达200万件;25%的ANTI-10和EVA复配,可用于阻燃热收缩管的生产,具有离火自熄、表面爽滑无白点、不析出的特点。

 

未来,无卤阻燃剂会全面替代有卤阻燃剂吗?答案是否定的。叶文认为,阻燃剂的选择要兼顾诸多因素,比如与材料的兼容性、性价比、满足防火要求的能力及存储过程中保持阻燃性能的稳定性。不同阻燃剂根据其阻燃机理适用于不同阻燃材料,盲目进行替代不仅没有必要,反而可能存在新的风险。

 

比如,在电子电器、建筑等材料中使用阻燃剂是防火安全标准的强制要求,而无卤产品并不一定能满足防火安全及加工应用条件的需求,甚至在某些应用环境下,卤素阻燃剂才是最合适的。比如在美国,他们对含溴系阻燃剂的电缆用量非常大,因为实践检验下来溴系阻燃剂最好用。另外,还有一些线缆本来就做了金属铠装,或者以陶瓷化实现组燃的目的,此时过于执着无卤反倒不合适。

 

“在很多情况下,现有的阻燃体系是没问题的,但将来可能会发生改变。”一直在用户端帮助改性塑料企业开发无卤阻燃产品的叶文在接触客户时发现,很多原来做有卤阻燃的线缆厂商,尤其是主打电脑充电线、手机线等小线产品的厂商,现在已经在开发无卤阻燃的产品,其中大部分采用的是磷系和氮系阻燃剂。

 

叶文在采访中分析,我国发展无卤阻燃剂有四大动力。成本方面,中国是“富磷贫溴”的国家,溴元素的获取、加工、运输的成本和环境影响性都要远大于磷;环保方面,我国溴资源主要集中于山东,2017年下半年以来,山东已关闭转产化工生产企业约600家、停产整顿2000余家,预计溴系阻燃剂会长期维持高位状态,这直接促进了无卤阻燃材料的发展;政策方面,国内外的阻燃剂环保政策都更青睐无卤阻燃剂;技术方面,溴系阻燃剂在烟密度、烟毒性、滴落物等方面存在不足。

 

当今世界的阻燃剂研究在朝着无卤化的方向发展,未来部分卤素阻燃剂会退出历史舞台,而新型绿色环保阻燃剂必将成为今后研究开发的热点。

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