聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术研究现状
摘要：分析了聚苯乙烯（PS）泡沫塑料阻燃的重要性，介绍了当前国内外PS泡沫塑料阻燃
技术的发展现状以及对新型阻燃工艺进行了研究展望。
关键词：聚苯乙烯；泡沫塑料；阻燃；发展现状
Abstract: The importance of polystyrene (PS) foam retardant, introduces the current development
of domestic and PS foam flame retardant technology, as well as new technology for the research prospects.
Keywords: polystyrene; foam; flame retardant; development status 1 聚苯乙烯发泡材料的简介
聚苯乙烯发泡材料根据成型方式不同有模塑聚苯乙烯泡沫塑料( EPS) 和挤塑聚苯乙烯泡沫塑料( XPS) 之分。EPS 和XPS都具有闭孔蜂窝结构，这种闭孔率较高的结构使板材具有极低的吸水性和热导系数,较高的抗压性和抗老化性。但是，聚苯板保温体系在结构安全性，防火阻燃性等方面仍存在亟待解决的技术难题，目前因达不到国家对建筑材料的临时防火要求，很多厂家聚苯乙烯泡沫板的生产线已停产。PS 泡沫塑料的蜂窝状结构决定了它的使用性能，但也是因为其内部的孔洞结构而有较高的空气流通性而源源不断地供给氧气( 空气中),造成燃烧速率大,热释放量大,融滴严重,发烟量大,不易自熄等问题。
由于PS泡沫塑料质量轻,保温隔音效果好,强度高,通过挤出成型,压缩成型,浇铸成型等生产工艺可制成各种管件,铝箔复合板,彩钢板等，因而被广泛地应用于风管，地面，墙体，顶面等保温领域。此外，PS泡沫塑料制备过程中还可利用相对环保的饱和碳氢化合物（如戊烷）水或二氧化碳作为发泡剂，从而减少氟利昂的使用，避免环境污染问题，符合环保要求。
目前，PS泡沫塑料主要有挤出型和膨胀型两种制备方法。挤出聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）是将熔融的PS树脂添加少量成核剂,发泡剂，在一定结构的挤出设备中加热挤出成型。XPS板材的生产工艺为连续挤出成型，由惰性气体形成的闭孔泡体分散均匀，产品结构呈一体性。而膨胀聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）是由PS颗粒在一定温度下加压粘接在一起形成的板材。温度过低时，颗粒间粘接强度不够，影响板材强度；温度过高时，膨胀颗粒易坍塌，影响板材的绝热性。与EPS相比，XPS的性能更加优异，目前正在逐步取代EPS成为保温材料的主力军。
2 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃的重要性
PS泡沫塑料属易燃材料，其极限氧指数仅为18％，遇火后分解产生苯乙烯单体,苯乙烯二聚体及碳氢化合物（如苯,低烷基苯和少量含氧芳香化合物等），具有较高的热值。未加入成炭剂的PS泡沫塑料燃烧时产生大量黑烟炭束，几乎没有炭层产生，在PS泡沫塑料近火区的能见度几乎为零。同时,PS泡沫塑料燃烧时易产生带明火的熔融滴落，能够引燃其他易燃物，即使移走火源仍能持续燃烧，因此在堆放及建筑施工过程中易发生火灾。
3 PS泡沫塑料的阻燃技术
实现PS泡沫塑料阻燃的方式有多种，其中添加阻燃剂是最简单有效的方法。PS因为具有防火阻燃处理的特殊性质，工业中仅有少数种类的阻燃剂可以用于实际生产。一般常用的阻燃剂有两种，一种是有机卤化物，一种是磷化合物。
3.1有机卤化物阻燃剂的应用
PS泡沫塑料常用的有机卤化物阻燃剂包括氯化石蜡,1.1.2.3.4-六溴-２-丁烯,六溴环十二烷（HBCD）,2.4.6-三溴苯基烯丙基醚,十溴二苯醚,四溴双酚Ａ等。其中，溴化物阻燃剂以无与伦比的性价比成为主导产品。溴化物阻燃剂受热分解生成HBr气体，能捕获传递燃烧链式反应的活性自由基，生成活性较低的溴自由基，致使燃烧减缓或终止。此外，HBr密
度较大且难燃，不仅能稀释空气中的氧，同时还能覆盖于材料表面隔离空气，致使材料的燃烧速度降低或自熄。 3.1.1六溴环十二烷
在所有应用于ＰＳ 泡沫塑料的溴化物阻燃剂中，HBCD与PS树脂的相容性较好，且在较低的添加量下可以使PS泡沫塑料具有较好的阻燃性能，从而最大限度地保持PS泡沫塑料的绝热性能和其他物理性能，成为众多溴化物产品中的佼佼者。另据“溴科学与环境论坛”的评估，HBCD作为继四溴双酚Ａ和十溴二苯醚之后的全球第三大用量的溴化物阻燃剂，占PS泡沫塑料阻燃剂的80％。
3.1.2 三（2.3-二溴丙基）异三聚氰酸酯（TBC）
TBC与PS树脂的相容性良好，起始分解温度为250-265℃，熔点为100-110℃，在PS泡沫塑料制造时容易操作，阻燃效果较好，作为HBCD的替代品适用于XPS的阻燃。 3.1.3 四溴环辛烷
与HBCD相比，四溴环辛烷与PS树脂的相容性更好，但150-160℃的加工温度太低，限制了其应用范围。目前,主要用于PS树脂发泡,纺织涂层,溶剂型涂料和热熔胶。 3.1.4 二溴乙基二溴环己烷
与PS树脂具有较好的相容性，主要用于加工温度为150-160℃ 的EPS，不及四溴环辛烷稳定。通过添加水滑石、丙烯酸酯或丙烯酸甲酯可协效四溴环辛烷或二溴乙基二溴环己烷实现阻燃性能。
3.1.5 其他溴化物阻燃剂
在已发表的专利中，多种溴化物阻燃剂被推荐使用，但由于HBCD一直未被限用，包括1.2.3.4.5.6- 六溴环己烷,1.2-二溴烷基酮,1.1.2.3.4.4-六溴-2-丁烯、四溴邻苯二甲酸二烷基酯、四溴邻苯二甲酸二（2.3-二溴丙基）酯2.4.6- 三溴苯基烯丙基醚、四溴双酚Ａ双（烯丙基）醚在内的阻燃剂尚未被关注。在众多专利报道的溴化物中，最有希望取代HBCD的为Ｎ-（2.3-二溴丙基）-4.5-二溴四氢邻苯二甲酰亚胺。此外，脂肪族溴化物阻燃剂与含有芳香烯基或新戊基结构的热稳定溴化物复配使用，可降低阻燃剂的整体用量。 3.1.6溴化物阻燃剂的协效剂
溴化物阻燃剂的使用过程中适当加入协效剂可有效提高基材的阻燃性能。例如，加入0.25-0.75份的烯丙基醚可有效促进燃烧过程中溴化物的分解；过氧化物和其他带有C-C,O-O或N-N键的自由基化合物由于能促使基材或可燃分解产物发生交联，进而对阻燃剂的阻燃性能具有明显的加强效果。过氧化物在加工过程中当温度达到PS树脂熔融温度时会发生分解，例如过氧化二异丙苯,1.3- 双［（2-叔丁基过氧）异丙基］苯,2.5-二甲基-2.5-双（叔丁基过氧）己烷。为防止过氧化物提前分解，通常利用二叔丁基过氧化物或叔丁基过氧化氢与HBCD配合使用。非过氧化物协效剂通常是通过Ｃ—Ｃ键断裂产生烷基自由基，例如2.3-二甲基-2.3二苯基丁烷。蜡质材料经常与溴系阻燃剂复配使用，例如氯化石蜡，添加量为0.1-2％（质量分数），其熔融温度高于EPS发泡温度。
3.2 磷化合物阻燃剂的开发及应用
２００８年Dow 公司公开的专利涵盖了几乎全部的硫代磷酸酯和二硫代磷酸酯，案例中的大多数化合物含有戊环，应用于PS泡沫塑料。
4 PS泡沫塑料添加阻燃剂的技术的发展趋势
尽管限于环境方面的压力，溴化物阻燃剂以其高阻燃效率和低廉价格，在短期内必然还会是阻燃剂的主流。在缺乏合适的溴化物阻燃剂替代品以及人们对阻燃材料需求日益强烈的前提下，溴化物阻燃剂还将会在相当长的时间内保持一定的增长速度。对一些阻燃标准要求严格的领域和某些难于阻燃的材料，溴化物阻燃剂还是目前最实际的选择。因此，减少溴化物阻燃剂的使用，可通过与其他阻燃剂复配来实现。当前，面对溴化物阻燃剂的不可或缺，
研究者提出了溴化物阻燃剂的主要发展方向：（１）开发低挥发性，低毒，热稳定性好的高效阻燃剂；（２）重视复配技术的应用，开发具有溴，磷协同和溴，氮协同的溴系阻燃剂，如某些脂肪族及芳香族含溴磷酸酯；（３）研制能与聚合物接枝和作为反应中间体的反应型阻燃剂，使其在发挥阻燃作用的同时，还能改善被阻燃材料的加工性能和力学性能；（４）研制性能独特，满足耐高热，抗紫外，难迁移等特殊要求的多功能型阻燃剂。
5新型阻燃工艺的研究展望
为了简单的添加阻燃剂以达到阻燃目的外，还有一种阻燃效果更佳的方式，那就是聚合型阻燃工艺。具体来说，就是阻燃剂必须带有乙烯基官能团，这样可以通过共聚合反应，实现在反应时苯乙烯单体可以与一定数量的阻燃剂的乙烯官能团发生共聚合，最终把阻燃剂接枝到聚苯乙烯的主链上。其中最关键的问题就是，如何将关键性的反映基团—乙烯基引入到阻燃剂分子上。如果可以制备具有乙烯基官能团的反应性阻燃剂，那么，这种方法可以在大分子PS的主链上均匀分布阻燃元素，气阻燃效果可以大大提高，再加上它具有极其简单的工艺，显然，这种聚合型阻燃剂添加方式将会最受青睐。
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