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阻燃导风筒面胶环保阻燃材料的研制 欧启坤，陶刚* （桂林橡胶制品厂有限责任公司，桂林，541002） 摘要：介绍了橡胶的阻燃性能、橡胶阻燃剂、阻燃机理、环保阻燃剂研究情况。采用通过瑞士SGS检测认证，符合欧盟RoHS指令2002/95/EC以及后续修正指令要求的环保型阻燃剂材料，研发出达到UL-94 V0阻燃级别的阻燃导风筒面胶环保阻燃材料。采用阻燃剂HT，络合锑和水滑石并用的胶料阻燃性能最好。 关键词：阻燃材料；阻燃剂；阻燃机理；导风筒；环保 阻燃导风筒主要用于隧道和煤矿井下通风，规格有5米、10米、20米，根据矿井和隧道的距离通过连接器可随意连接至所需长度[1]。随着国内煤矿安全法规逐步完善，对人员和环境保护的重视，进一步提升对产品的要求，使用相对人员、环境友好的阻燃材料和阻燃剂是行业的发展趋势。 1 橡胶的阻燃性能 大多数橡胶材料加入阻燃剂后都具有难燃性和自熄性，但也有少数橡胶材料自身就有难燃性和自熄性，这些不加入阻燃剂就有阻燃性能的橡胶材料，称为固有阻燃橡胶[2]。众所周知，橡胶按其分子链结构和特性可分为：烃类橡胶、含卤素橡胶和主链含杂原子橡胶[3]。烃类橡胶主要有 SBR，BR，IIR及 EPDM等，这类橡胶材料电性能良好，氧指数一般只有l9～20，阻燃性能较差。含卤素橡胶主要有CR，CSM，CPE，CM，ECO和FKM 等。含卤素橡胶材料的氧指数较高，自身具有一定的阻燃性，最为常见的是氯丁橡胶(CR)[4]。但含卤素橡胶燃烧时产生卤化氢气体，如 HBr，HCl和 HF等，有毒且带腐蚀性，密封场合(如飞机、潜艇)严禁使用含卤素橡胶[5]，隧道和煤矿井下应避免使用含卤素橡胶。 橡胶单用时往往达不到性能之间的兼顾，特别是阻燃性与力学性能之间的兼顾，常常通过橡胶并用来达到。NR与SBR并用相容性较好，通过加入阻燃剂后制品阻燃性能和力学性能均达到指标要求，胶料加工性能较好，生产成本可比氯丁橡胶降低25～3O%。 2 橡胶阻燃剂 阻燃剂按使用方法可分为：反应型阻燃剂和添加型阻燃剂两大类[2，6，7]。反应型阻燃剂在高分子材料合成过程中参与化学反应，最终键合到高分子材料分子链上，起阻燃作用，其阻燃材料的特点是稳定性好、毒性小、阻燃性持久、阻燃剂对阻燃材料的使用性能影响小，但其制备工艺复杂，不如添加型阻燃剂使用普遍。添加型阻燃剂一般通过机械共混法分散于高分子材料中，不与基材组分发生化学反应，可分为无机阻燃剂(水合氢氧化物阻燃剂、金属氧化物阻燃剂、无机盐阻燃剂)、有机阻燃剂(含卤素阻燃剂、含磷阻燃剂)和其他阻燃剂。这类阻燃剂种类多，应用广泛，操作简便，分散不均匀，使共混材料性能不稳定。 2．1 含卤素阻燃剂 含卤素阻燃剂是目前用量较大的一类传统阻燃剂，国内阻燃剂市场氯系阻燃剂占69%，溴系阻燃剂占8％。含卤素阻燃剂燃烧后释放出卤化氢，因卤化氢比空气重而下沉，起隔氧作用。卤系阻燃剂的阻燃性与其结构有关，阻燃性大小顺序一般为IBrC1F，脂肪族卤化物脂环族卤化物芳香族卤化物。常用的卤系阻燃剂有十溴二苯醚、四溴双酚、八溴醚、氯化石蜡等。通常含卤素阻燃剂与三氧化二锑并用获得优异阻燃效果的研究较多。卤系阻燃剂在燃烧温度下分解出HX，HX与聚合物燃烧时释放的高能量HO·自由基发生反应，生成低能量的卤系自由基X·和H：O，X·与烃类反应再产生HX。如此循环起到终止连锁反应的作用。但是该阻燃剂处理过的材料燃烧时，会释放大量有毒、腐蚀性的卤化氢气体，从而会造成人员窒息中毒和设备的腐蚀损坏；而且由于聚合物的挥发物得不到完全燃烧，致使分解产物形成大量的炭粒，产生大量烟雾，成为火灾中很危险的因素，因此，卤系阻燃剂正在经受着环境保护的严峻挑战[8]。 2．2 无机阻燃剂 无机阻燃剂普遍具有阻燃、有害性小、协效阻燃或抑烟功能，常用的无机阻燃剂是无机金属化合物，如氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、铝酸钙、碳酸钙和氢氧化钙等，其中氢氧化铝和氢氧化镁最为典型；无机磷系阻燃剂主要包括红磷和聚磷酸铵等；氮系阻燃剂和硅系阻燃剂等应用较少。罗权煜等[9]研究了氢氧化铝、氢氧化镁对NBR硫化胶阻燃性能的影响，发现氢氧化镁对沉淀法白炭黑增强的NBR硫化胶阻燃效果比氢氧化铝要好，但其脱水反应迟，工艺性能差(混炼时粘辊)及价格高，因此选用氢氧化铝作阻燃剂；当氢氧化铝用量为60～80份时，硫化胶阻燃性能和力学性能达到最佳水平。大量添加无机阻燃剂会影响橡胶材料力学性能和加工性能。因此，在实际应用中通常添加两种或多种无机阻燃剂，利用它们之间的协同增效作用来提高阻燃效率[10]。 3 阻燃剂阻燃的基本原理[8] 燃烧反应一般有可燃物、氧气及一定温度三要素，且缺一不可。阻燃剂的作用机理应在材料燃烧时抑制一种或一种以上要素的产生，达到阻止或减缓燃烧的目的。