数天然、合成橡胶的主链结构以C—C键为主,而硅橡胶的主链结构以Si—O键为主,侧基有甲基、甲基乙烯基、甲基苯基乙烯基等多种类型,属于半无机、主链饱和、非晶、非极性弹性体橡胶材料。主链中无双键存在、硅氧链呈螺旋型结构、较高的Si—O键能使得硅橡胶在热稳定性、耐辐照、耐候性、耐高低温、弹性、生理惰性、老化性等方面展现出了优异的特性,其在电线电缆等应用领域非常广泛,随着国民经济的不断发展,输送带、导风筒、密封件、家用电器、船舶、汽车等行业对硅橡胶的阻燃也提出了一定的要求。
由于硅橡胶自身的氧指数较低、自熄性较差,遇到高温之后极易燃烧发生火灾,并且释放出的有毒有害气体严重危害人类健康。针对此种现象,降低硅橡胶的可燃性、火焰传播速度、生烟量及有毒有害气体排放已成为近年来阻燃领域不断研究探索的方向。
1.铝-镁系无机阻燃剂
此类阻燃剂常见的有氢氧化铝和氢氧化镁,具有低成本、环保、低烟等优点。此类化合物自身含水量通常在30%以上,通过受热释放出水分来降低燃烧系统的温度,其阻燃作用在固相和气相两种阻燃机理中都有体现,较高的分解温度使其还具有一定的抑烟作用,在燃烧过程中可形成一层氧化铝和氧化镁保护层,阻止热量传递时还具有一定的催化成炭作用。由于此类阻燃剂与硅橡胶的相容性较差,大量添加会导致硅橡胶的物理机械性能有所下降,因此目前常以氨基硅烷、乙烯基硅烷、六甲基二硅氮烷作为一种架桥剂对铝-镁系阻燃剂进行表面处理,以提高与硅胶的相容性。
2.含磷系阻燃剂
含磷系阻燃剂主要分为以红磷、微胶囊化红磷、聚磷酸铵为主的无机类阻燃剂和以磷酸酯类、磷杂菲、磷腈、反应性磷酸酯类、有机次磷酸、有机次磷酸盐为主的有机类阻燃剂。此类阻燃剂受热生成的PO•、PO2•自由基等小分子物质会与燃烧过程中产生的H•、HO•和O•自由基进行反应,中断燃烧链式反应,并且受热之后形成的磷酸、偏磷酸、聚磷酸、焦磷酸有助于被阻燃物的脱水成炭,自身燃烧形成的富磷类物质会吸附在硅橡胶表面,隔绝可燃物与氧气接触的同时,还可以降低火焰燃烧对内部可燃物的热量反馈强度,其与氮系、卤系阻燃剂并用时,阻燃效果更加。
3.含氮系阻燃剂
含氮系阻燃剂主要有三聚氰胺及其盐类化合物,常见的有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐。此类阻燃剂的热分解温度较高,在受热之后分解出的不燃性气体对环境无害,可明显降低燃烧系统的温度及可燃物周围氧气浓度,对硅橡胶起到了良好的阻燃抑烟效果,目前也是社会各界研究的一个新的热点方向。
4.硼系、锑系阻燃剂
常见的硼系阻燃剂主要硼酸、氧化硼、硼酸盐。硼系阻燃剂(硼酸、氧化硼、硼酸盐)在受热之后会产生熔融现象,并且自身释放的结晶水在吸热降低燃烧系统温度的同时,还可以通过形成的玻璃体覆盖层隔离一定的热量和氧气,稳定性较好,毒性较低。
三氧化二锑是最常用的锑系阻燃剂之一,但与硼酸锌类似,单用时效果不佳,只有并用才可显出良好的阻燃协效作用。
5.硅系、铂系阻燃剂
硅系阻燃剂可分为以无机硅胶、硅酸盐(蒙脱土)、滑石粉为主的无机硅阻燃剂和以有机硅胶、聚硅氧烷、硅树脂为主的有机硅阻燃剂。
铂系阻燃剂既可提升硅橡胶的交联度,又可在燃烧中形成隔离层抑制或延缓燃烧,常以卤铂酸、卤化铂以及以铂原子为中心配合物的形式出现,单用时基本没有阻燃效果,常与其他类型阻燃剂搭配使用。此类化合物遇到N、O、P、S等元素及其化合物时,会中毒失效,对硫化速度和硫化程度造成一定影响。
6.膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃剂可分为有机膨胀型阻燃剂(CIFR)和以可膨胀型石墨EG为主的无机膨胀型阻燃剂(PIFR),是一类隔热隔氧、无卤环保、无滴落并使火焰自熄的阻燃剂。有机膨胀型阻燃剂主要有酸源、炭源和气源组成。常见的酸源主要有磷酸、硼酸、磷酸盐、聚磷酸铵等,炭源主要有季戊四醇,气源主要有尿素、三聚氰胺,其产生的不燃性气体使熔融形成的炭层发生膨胀,覆盖在硅橡胶表面形成具有一定强度的泡沫碳保护层,延缓或抑制燃烧系统可燃物的分解速度,从而抑制火焰的进一步蔓延。