阻燃技術(shù)新方向-微膠囊化技術(shù)
一．微膠囊化阻燃技術(shù)
微膠囊技術(shù)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(shù)。該技術(shù)通過囊壁的隔離作用對(duì)囊芯進(jìn)行保護(hù)；而在特定條件下囊壁又會(huì)被破壞，囊芯活性成分就會(huì)釋放出來。
圖1. 微膠囊粒子
微膠囊化阻燃技術(shù)就利用了這種特殊的囊壁包覆結(jié)構(gòu)使阻燃劑免受外界光、熱、濕度等環(huán)境因素的影響，同時(shí)囊壁的存在也會(huì)使得微膠囊阻燃劑能夠耐受更高的加工溫度和壓力。當(dāng)制件遇火并產(chǎn)生高溫時(shí)，囊壁熔融破裂釋放出阻燃劑從而達(dá)到阻燃目的，其機(jī)理見圖2。
圖2. 微膠囊化阻燃技術(shù)機(jī)理
二．微膠囊化阻燃技術(shù)優(yōu)勢(shì)
眾所周知，微膠囊技術(shù)在醫(yī)藥、食品、涂料等行業(yè)有著非常廣泛的應(yīng)用，那它在阻燃行業(yè)又會(huì)具備那些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)呢？
目前廣泛使用的阻燃劑分為無(wú)機(jī)阻燃劑和有機(jī)阻燃劑兩類，這些阻燃材料在使用過程中往往會(huì)存在吸水失效、有毒、腐蝕性大、穩(wěn)定性差或與基體相容性差等問題并會(huì)影響制件的長(zhǎng)期阻燃性能。對(duì)阻燃劑進(jìn)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(jīng)微膠囊化處理的氣態(tài)、液態(tài)阻燃劑可轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)阻燃劑，利于加工。
2.針對(duì)不同的基體材料，適當(dāng)壁材的選擇有助于阻燃劑的分散，減少改性材料機(jī)械性能的損失。
3.微膠囊處理后，液體阻燃成分的揮發(fā)、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(nèi)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(diǎn)我們可以發(fā)現(xiàn)其囊壁的存在對(duì)阻燃劑的物性有很大的影響，因此在使用時(shí)不光要關(guān)注囊芯的阻燃成分，同時(shí)需對(duì)其殼體組分進(jìn)行甄選。選擇原則如下：（1）無(wú)毒、無(wú)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(huán)境的影響也需考慮在內(nèi)，如阻燃制件為結(jié)構(gòu)部件時(shí)，選擇的囊壁材料就必須具有一定的力學(xué)性能；阻燃等級(jí)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(shù)的典型應(yīng)用
微膠囊技術(shù)可被應(yīng)用于絕大多數(shù)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(wú)毒的綠色環(huán)保型阻燃劑，然而它在使用過程中仍存在兩個(gè)亟待解決的問題：（1）紅磷本身為無(wú)機(jī)組分與高分子材料的相容性較差，容易在基體內(nèi)形成團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重影響材料的力學(xué)性能；（2）紅磷本身帶有顏色，這就使制件局限于紅、黑等少數(shù)幾種顏色。微膠囊技術(shù)針對(duì)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(yōu)選可實(shí)現(xiàn)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(duì)比。
表2 微膠囊化紅磷與普通紅磷物性對(duì)比
五．總結(jié)
近年來，我國(guó)微膠囊阻燃技術(shù)的研究得到了快速的發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品也隨之出現(xiàn)。但產(chǎn)品的品質(zhì)仍有待于進(jìn)一步提升。未來的工作須致力于如下幾方面：（1）針對(duì)不同阻燃基材，與之對(duì)應(yīng)囊壁材料的開發(fā)應(yīng)用；（2）充分開發(fā)囊芯-囊壁的協(xié)效阻燃作用；（3）包覆技術(shù)的改善；（4）納米微膠囊阻燃材料的開發(fā)，從而改善阻燃材料的理化性能。
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