阻燃PC塑料是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。是一種無(wú)色透明的無(wú)定性熱塑性材料。阻燃PC的阻燃原理就是催化PC在燃燒時(shí)的成炭，從而達(dá)成阻燃的目的。
下面介紹了4類高效阻燃系統(tǒng)，它們或者通過高效的氣相阻燃，或者通過在凝聚相中抑制自由基的增長(zhǎng)，或者通過催化作用改變聚合物的熱分解模式并促進(jìn)成炭而發(fā)揮阻燃功能。在用量極少的情況下即能滿足很多領(lǐng)域的阻燃要求，是阻燃劑的發(fā)展方向。這類阻燃系統(tǒng)有：
(1)催化阻燃系統(tǒng)；
(2)芳香族磺酸鹽(酯)；
(3)凝聚相中的自由基抑制劑；
(4)高效氣相阻燃劑。
高聚物中使用的常規(guī)阻燃劑，阻燃效率低，用量大，從而惡化了高聚物基材原有的優(yōu)異性能，增加高聚物燃燒或熱解時(shí)生成的煙量及有毒氣體量，增加材料的價(jià)格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困難。因此，尋求高效的阻燃系統(tǒng)，是阻燃領(lǐng)域內(nèi)人們長(zhǎng)期的奮斗目標(biāo)。據(jù)專家們預(yù)測(cè)，具有下述特征之一的阻燃系統(tǒng)，有可能成為具有發(fā)展前景的未來的高效阻燃劑，這些特征是：
(1)能抑制凝聚相的氧化反應(yīng)；
(2)具有催化阻燃作用；
(3)能發(fā)揮高效的氣相阻燃作用；
(4)能形成有效的含炭層或含其他阻燃元素的防護(hù)層。現(xiàn)介紹4類高效阻燃系統(tǒng)。
1、催化阻燃系統(tǒng)
催化阻燃系統(tǒng)是指那些在一定條件下能脫水生成強(qiáng)酸的化合物，它們可促進(jìn)高聚物成炭，但這種作用模式對(duì)烴類高聚物效果不佳。不過，如果聚烯烴能在催化劑作用下氧化脫氫而形成水和炭，則不僅燃燒熱可大大降低，材料的阻燃性也大為改善，而且燃燒產(chǎn)物只是無(wú)毒的水蒸氣。例如，在聚丙烯中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的鉻，可使聚丙烯的氧指數(shù)提高至27，其機(jī)理可能涉及聚丙烯的催化脫氫和成炭?！×硗?，在聚丙烯中加入1%的乙酰丙酮鋅和乙酰丙酮鈷，可使材料具有自熄性。這類添加劑可能是催化助氧化劑，它們能提高聚合物的成炭率。
還有，在乙烯-丙烯酸橡膠中加入2.5%的錫酸鋅，可明顯提高三水合氧化鋁的阻燃性，促進(jìn)炭層的形成。氧化鉻/氧化鋅、氧化鐵、氧化鋅和氧化鋁/氧化鎂對(duì)主要以三水合氧化鋁和氫氧化鎂阻燃的聚烯烴，可抑制滴落和降低材料的可燃性。此外，某些磷化氫-鉑絡(luò)合物可使聚甲基丙烯酸甲酯發(fā)生氧化反應(yīng)和催化交聯(lián)，從而導(dǎo)致阻燃性增高。
但這種催化劑價(jià)格昂貴且效率有限，只是一個(gè)研究導(dǎo)向。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)對(duì)聚合物最有效的阻燃劑鉑的質(zhì)量含量為1×10-6時(shí)，即可賦予含硅酸鹽填料的硅氧烷以阻燃性，并增多不燃?xì)堅(jiān)?jù)分析，鉑在上述系統(tǒng)中的催化作用可能是使硅氧烷鏈與填料硅酸鹽偶聯(lián)。這啟示人們，通過催化原理來設(shè)計(jì)非常高效的阻燃劑是可能的。
2、芳香族磺酸鹽(酯)
一系列無(wú)機(jī)的和有機(jī)的芳香族磺酸鹽(酯)被發(fā)現(xiàn)是聚碳酸酯(PC)的極有效的阻燃劑，所需用量極低(催化劑量)。例如，當(dāng)PC中含有約0.1%的2?4?5-三氯苯磺酸鈉(鉀)時(shí)，PC的氧指數(shù)可達(dá)25～35，阻燃級(jí)別可達(dá)UL 94 V-0級(jí)。這類阻燃劑已在工業(yè)上獲得應(yīng)用。芳香族磺酸鹽(酯)的高阻燃效能來自它能催化加速PC的熱降解，并在材料的燃燒表面形成炭層。其他的PC阻燃劑的阻燃機(jī)理與芳香族磺酸鹽類似。
可采用下述3類化合物的混合物阻燃PC，其總用量不超過最后樹脂產(chǎn)品質(zhì)量含量的1%。
(1)芳香族磺酰胺的堿金屬鹽，ArSO2N-RM+(R為芳基)；
(2)齊聚有機(jī)溴化物；
(3)聚四氟乙烯(PTFE)
3、凝聚相中的自由基抑制劑
凝聚相中的表面氧化對(duì)于聚合物的高溫降解具有十分重要的作用，因?yàn)檠跄艽┩改承┤紵酆衔锏谋韺?。因此，凝聚相中的抗氧系統(tǒng)在原則上可能都具有阻燃作用。但是，大多數(shù)抗氧劑和自由基清掃劑在高聚物氧化裂解溫度下對(duì)阻燃不很有效，因?yàn)樵诖藴囟认?，鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)的鏈引發(fā)階段速度很快，通常的抗氧劑將被破壞。不過，對(duì)位處“燃燒傳播”和“燃燒自熄”之間的配方，加入自由基抑制劑可能有利于使燃燒自熄；而對(duì)某些阻燃聚合物、抗氧劑也可使材料氧指數(shù)有所提高。
具有多共軛芳香結(jié)構(gòu)或金屬還原劑型的高溫抗氧劑，可能對(duì)抑制燃燒塑料的表面氧化有效。下述兩種化合物由于分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有含鹵亞酰胺及受阻酚，故可能同時(shí)兼具阻燃作用和抑制自由基的作用。
以化合物(Ⅰ)阻燃聚乙烯時(shí)，其氧指數(shù)比以氯菌酸酐阻燃者(氯含量相同時(shí))有所提高。但要想使抗氧劑發(fā)揮高效阻燃作用，必須設(shè)計(jì)耐高溫的抗氧系統(tǒng)。
4、高效氣相阻燃劑
有人認(rèn)為，有些在氣相中釋出HCl和HBr的阻燃系統(tǒng)，可能基本上只是發(fā)揮物理作用。例如，三(二氯異丙基)磷酸酯用于阻燃聚氨酯泡沫塑料。另外，三氯化銻是通過化學(xué)作用抑制自由基反應(yīng)的；但對(duì)烴的燃燒肯定存在一些更有效的燃燒抑制劑，如羰基鐵、四乙基鉛、二氯二氧化鉻等，它們的阻燃效率至少比三氯化銻高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。
例如，為使己烷—空氣混合物燃燒速度降低30%，所需的抑制劑三氯化銻及氯氧化磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.64%和0.98%，而四乙基鉛及五羰基鐵則分別只需0.18%及0.10%，即后兩者僅為前兩者的1/10左右。特別是，在氫氧焰中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-6的Mg、Cr、Mn、Sn或U鹽，即是有效的氣相中自由基結(jié)合的催化劑。但這類試驗(yàn)表明，比現(xiàn)有阻燃系統(tǒng)效率高出一兩個(gè)數(shù)量級(jí)的氣相阻燃劑是可能找到的。
