聚丙烯（PP）作為發展速度最快的通用塑料，無毒、無味、密度小、質輕，且具有易加工、電絕緣性好、耐化學腐蝕等優點，廣泛應用于國民經濟的各個領域，如汽車、家用電器、醫療器械、日用品和工業用品等。
但隨著PP在汽車行業、建筑行業、電器絕緣材料行業和船舶行業等行業的需求量的擴大，人們對PP的阻燃性能提出了更高的要求。但是PP的極限氧指數值（LOI）僅17.0%-18.5%，屬于易燃材料，且燃燒時成炭率低，燃燒發熱量大，燃燒時還容易產生熔滴，極易使火焰傳播發生二次火災，從而限制了PP在許多領域的使用，所以通過對PP進行阻燃改性，對擴大其應用領域方面尤為重要。目前應用于PP的阻燃劑可分為鹵系阻燃劑、金屬氫氧化物、硅系阻燃劑、納米阻燃劑、磷系阻燃劑、膨脹型阻燃劑等。
其中膨脹型阻燃劑（IFR）是以P、N為主要組成元素的低毒無鹵阻燃劑，符合阻燃劑環保的發展趨勢，是應用前景廣闊的一類環保型阻燃劑。IFR主要通過酸源、炭源和氣源之間的共同作用，經過受熱分解生成泡沫炭層發揮阻燃作用。IFR具有添加量少、高效、低毒、低煙且無熔滴等優點，比其他阻燃材料具有更優異的阻燃性能，因此，膨脹型阻燃劑受到越來越多的關注，也被應用于各種聚合物基體材料中，已成為目前阻燃劑研究領域最活躍的研究對象。IFR中使用較多的酸源是聚磷酸銨（APP）、硅酸鹽、馬來酸酐、磷酸銨、磷酸三苯酯、三聚氰胺磷酸鹽、脲磷酸鹽、硼酸或硼酸鹽等；炭源是形成膨脹型炭層的基礎，在燃燒過程中脫水而被炭化。炭源主要有PER、酚醛樹脂、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚酰胺、丁四醇、環己六醇、淀粉、麥芽糖、三嗪類化合物等；氣源在受熱時，可分解產生大量無毒、不易燃的氣體，該氣體可稀釋空氣中的氧氣或基體表層的可燃性氣體，進而發揮阻燃效應。常用的氣源主要有三聚氰胺（MEL）、雙氰胺、APP、尿素等。
膨脹型阻燃劑在聚丙烯淺色制件上的阻燃應用目前已經相當成熟，但在高黑度聚丙烯制件上的阻燃仍然具有一定難度。
一、高黑度PP相比淺色PP的優勢？
在PP制品成型加工中，為了對其制品進行染色、提高防老化性能和抗紫外線能力等，一般會添加一定量的黑色母粒， 添加黑色母粒的PP制品其使用壽命比淺色PP制品長，這對于經常暴露于戶外的PP制品，如輸水、滴灌管材，通信電纜等PP產品尤為重要。
溴銻阻燃劑主要靠氣相和凝聚相發揮阻燃作用，色粉及填料對其阻燃影響極小，但其受到環保限制。而無鹵磷氮的阻燃機理為膨脹成炭，隔絕氧氣和熱源從而起到阻燃的作用。黑色母粒主要成分為炭黑，炭黑本身可燃，比表面積大，且表面存在許多微孔，容易形成空間網絡通道，而且不易被破壞，這些微孔的存在，會影響阻燃炭層的致密性，使炭層起不到很好的隔絕作用。在同等的成炭量情況下，阻燃達不到效果，最終導致黑色制件的阻燃差于淺色系制件的阻燃，并且黑色粉或者黑色母的添加量越大，阻燃越難達到，而一味的增加阻燃劑的量，會惡化材料的性能，使材料失去良好的加工性和使用性，并且對復合材料成本也存在很大的挑戰。
中山康諾德新材料有限公司聚烯烴用無鹵環保阻燃劑系列中，HF-900D膨脹型無鹵阻燃劑專為高黑度聚丙烯所設計，含聚磷酸銨、特殊結構三嗪成炭劑和磷硅系高效協效劑，以磷、氮、硅為阻燃元素，通過形成高效膨脹炭層阻隔氧氣、火源而達到阻燃作用。低添加量HF-900D阻燃高黑度PP可通過UL94 V-0（1.5mm）、GWIT 750℃和GWFI 960℃測試。具有對色粉敏感度低、性價比高、成炭性好、碳層強度高等特點。
表1 HF-900D與普通APP膨脹型阻燃劑在高黑度PP中添加量及阻燃性能的對比
|
基體樹脂 |
黑色母粒 |
HF-900D 添加量 |
UL 94 |
普通APP膨脹型阻燃劑添加量 |
UL 94 |
|
PP Z30S:PP K8025 （或PP Z30S:PP K8009 ）=1:1/1:3 |
2% |
≥26% |
V-0（1.5mm） |
≥30% |
V-0（1.5mm） |
|
3% |
≥28% |
V-0（1.5mm） |
≥34% |
V-0（1.5mm） |
|
|
4% |
≥30% |
V-0（1.5mm） |
≥36% |
V-0（3.0mm） |
來源：中山康諾德新材料有限公司
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