次磷酸铝与阻燃剂 - 南开大学论坛

次磷酸铝与阻燃剂

发信人: vivian123 版面: 人文学术浏览: 8541 回复: 0

1 楼 vivian123 发表于: 2016/5/23 15:28:32 编辑

在我们日常使用高聚物为原料制成的各种产品，其阻燃性一直是非常重要的特性，因为这些高聚物原料本身多数都含碳、氢、氧等元素，所以一般比较容易引燃，并持续燃烧，最后酿成火灾。理论上讲，能够充当阻燃添加剂的物质种类繁如星辰，而优秀的阻燃物质，不仅能够完成本质工作（阻燃），还必须不能带来其它的缺陷和困难（涉及基材硬度、韧度、色泽、电导等），我们今天介绍的是通常被喻为环保型阻燃剂的次磷酸铝。
其物性

次磷酸铝，磷系无机盐，其分子式为Al（H2PO2）3，常温下较为稳定，加工热稳定性优良，但在温度较高时会发生分解，产生剧毒的磷化氢气体，其反应过程如下：
Al（H2PO2）3≜AlPO4+2PH3
常作为一种协作剂与其它磷系、氮系阻燃剂共同添加到高聚物中，一般不影响基材的物化性能，而且可以达到协作互补，提高阻燃效率的作用。它对环境相对友好的，可作为一种无卤无毒阻燃剂。它磷含量高（41.89%），水解稳定性好，加工时不引起聚合物的分解。
其制备

次磷酸铝
次磷酸铝作为一种次磷酸盐，其制备过程的主要反应是次磷酸根与铝离子结合，那么只需向反应场景提供次磷酸根与金属铝离子即可，因此文献中提到次磷酸铝的制备方法主要有两种，分别利用酸碱中和以及离子交换复分解的原理。利用酸碱中和反应来制备次磷酸铝时，需要有次磷酸和氢氧化铝。而作为一元中强酸的次磷酸，并没有想象中的那么温顺，它虽然在常温干燥环境下比较稳定，但却是实实在在的强还原剂，一旦与氧化剂相遇，将会发生剧烈反应。由于化学反应（如酸碱中和），多数是放热的过程，而次磷酸铝在温度达到130℃时，会发生分解，生成剧毒的磷化氢气体，危及生命安全。另外一种方法是利用次磷酸钠提供次磷酸根，氯化铝提供铝离子，在溶液中进行反应。这种方法看起来挺美，然而，对于次磷酸的转化率以及生成的次磷酸铝如何从溶液中提取出来，提出了新的挑战（通俗来说就是“十分蛋疼”），如果pH控制不好，极有可能得到Al（OH）3，不过在对PH值的控制以及其它工艺条件的不断优化下，我们还是可以得到次磷酸铝的。当然，能够提供铝源的化学物质也不少，比如十八水硫酸铝等等。
其应用

PA6（尼龙）
磷酸铝含磷高，含铝高具有热稳定性好、水溶性小、阻燃效力大等优点，是一种绿色的阻燃剂，被广泛用在塑料（PBT、PET、PA、TPU、ABS等）的阻燃改型方面上，且取得了良好的阻燃效果，具体应用研究如下：
次磷酸铝适用于在聚苯乙烯/AHP复合材料上，提高了PS/AHP的极限氧指数（阻燃性能指标，22%以上认为是非燃品），UL-94等级（阻燃等级）顺利达到了V-0级，减缓了材料的热量释放速度。
次磷酸铝添加到玻璃纤维/PBT/粘土复合材料中，LOI（极限氧指数）值为29%，UL-94顺利的提高到了V-0级，使材料的可燃性极大的降低，拓展其应用范围。
次磷酸铝可以明显的提升PA6/GF（尼龙复合材料）的燃烧方面的性能。PA6/GF/AHP的LOI值从22%增大到30%，UL-94等级从无级别到V0级。
次磷酸铝添加到PA6中，添加18%的次磷酸铝的情况下，PA6/AHP材料的UL-94等级可以达到V-0，同时次磷酸铝可以发挥良好的抗滴落性能和成炭作用
次磷酸铝的协作效应也相当优秀，它是典型的那种一加一大于二的“一”，因为它在反应中不仅可以提供丰富的P，可以提供氧化状态下极为稳定的铝，再加上含有一定的氧（对某些无氧型磷系阻燃剂来说是致命的诱惑），以三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）为阻燃剂、二乙基次膦酸铝（ADP）和次磷酸铝（AHP）为阻燃协效剂，制备的无卤阻燃三元乙丙橡胶（EPDM）材料（进口依赖度较高），不仅提高材料的性能，还使其具有良好的防火、耐火能力。
值得一提的是，成本低廉的次磷酸铝（AlHP）在国内外具有广泛的市场前景。据2015年全国阻燃会议资料显示，中国每年的AlHP阻燃剂市场需求量在6000t以上，并呈逐年递增的趋势。因此，从企业的经营角度考虑，生产销售次磷酸铝阻燃剂，尽早介入其市场，将获得相当丰厚的利润。

参考资料
百度图片
好磷网—磷字典
好磷资讯
《微胶囊化次磷酸铝阻燃玻璃纤维增强PA6》谭逸伦
《次磷酸铝阻燃剂的合成及应用》杨旭锋