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绝缘材料 |
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压敏胶用阻燃剂的应用要求与发展现状 |
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作者：星贝达（北京）化工材料有限公司 庄严 |
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目前，中国阻燃压敏胶主要应用领域为电工绝缘胶带领域。传统的电工绝缘胶带以阻燃PVC胶带为主。阻燃PVC胶带由于添加很多助剂，特别是阻燃剂，影响了其电击穿强度；而且PVC燃烧时会产生二恶英，且燃烧时黑色烟雾严重，在一些国家和领域其使用受到限制。近年来新发展的阻燃压敏胶主要是通过将阻燃剂添加到丙烯酸酯类压敏胶中，再将阻燃压敏胶涂覆到非PVC薄膜表面（如：BOPET），使薄膜在获得压敏性的同时，还具有阻燃效能，从而在一些领域取代传统的阻燃PVC胶带。
阻燃压敏胶对阻燃的应用技术要求
阻燃压敏胶对阻燃剂的应用技术要求一般通过对阻燃胶带的测试来获得。
阻燃性能
一般采用测试阻燃胶带的垂直燃烧实验，来判定阻燃剂是否合格。中国压敏胶带垂直燃烧使用的标准为：GB/T 20631.2-2006 《电气用压敏胶粘带测试方法》，是先后将6个250mm�25mm的样条垂直放进测试设备中，保持粘贴有滤纸的一端向下（见图1）。然后点燃滤纸，一旦滤纸被点燃，马上移除火源，直到火焰自动熄灭。
图1 阻燃样条和测试设备
判断标准：A.燃烧长度小于100mm。B. 至少有5个样条满足要求。
相比之下，GB/T 15903-1995 《压敏胶粘带耐燃性试验方法悬挂法》则可以细分不同阻燃等级，也常常被采纳。其样品、测试方法与GB/T 20631.2-2006相类似，只是判定标准不同，见表1。表1 GB/T 15903-1995胶带耐燃等级评定标准
 也有人使用UL510-2005《PVC、聚烯烃和橡胶绝缘胶带测试标准》中的阻燃测试办法，将阻燃胶带在铁棒上缠绕进行阻燃测试，测试点燃多次后看其延燃时间（UL标准是延燃60秒以内通过）。
粒径和可分散性
阻燃压敏胶的生产工艺过程一般为：在高速分散机中加入一定量的溶液，前期先将各种色粉和阻燃剂在溶液中预分散，避免团聚，而后与粘合剂混合，过一定目数的筛网后，再用于胶带表面涂覆，最后收卷得到成品。
因此，阻燃剂的可分散性和粒径对产品的质量影响很大。如果阻燃剂易于团聚，不易分散，将直接导致筛网上颗粒物多，生产效率低，且外观不匀，阻燃效果差。而阻燃剂的颗粒过大，更容易出现上述问题。
一般而言，用于压敏胶用阻燃剂，粒径控制在1-5μm左右比较合适。粒径过大容易出现问题，而粒径过小由于团聚和分散问题，也不利于产品应用。而对于阻燃剂的表面处理，使其与树脂体系具有一定的相容性，也是利于分散的手段之一。
电性能
一般通过测试击穿电压，来考察阻燃剂对压敏胶电性能的影响，采用的测试标准为GB/T 14517-1993《绝缘胶粘带工频耐电压试验方法》
针对不同的应用要求，所需要的击穿电压不同，如：电工用马拉胶带所需要的击穿电压一般是在5KV以上。对于阻燃剂而言，不得明显降低胶带的电击穿强度，否则不可使用。
粘结性
不可影响压敏胶的粘结性能。对于阻燃压敏胶，一般也是通过测试初粘强度、剥离强度和持粘性能，来考察阻燃剂对压敏胶的性能影响。
这是要求所添加的阻燃剂不会使得压敏胶的分子结构发生反应或交联。因此，对于一些丙烯酸酯类的压敏胶而言，一些多价金属盐离子、具有反应活性的官能团的阻燃剂就不能添加。
储存稳定性
不可影响压敏胶的储存稳定性。由于使用的阻燃剂常为粉体，故要求在一定时间内，阻燃剂的抗沉淀性能要好，在涂覆前不可分层。
而对于一些水乳体系的压敏胶，这里不仅仅指阻燃剂本身的沉降，而且还要考虑由于添加阻燃剂后，形成破乳沉淀。
阻燃压敏胶用阻燃剂现状
溴系阻燃剂
溴系阻燃剂主要是指结构中含有溴元素的一系列阻燃产品。由于阻燃机理的缘故，一般溴系阻燃剂不单独使用，需配合使用三氧化二锑之类的阻燃协效剂。目前，阻燃压敏胶所用溴系阻燃剂以十溴联苯醚（或十溴二苯乙烷）和三氧化二锑复合体系为主，阻燃剂在固体成分中，含量往往达35%以上。
而结构中同时含溴氮的阻燃剂-溴代三嗪结构阻燃剂（如：三（三溴苯基）三聚氰酸酯，TTBPC），由于分子内溴-氮元素的协同作用，阻燃效率高于普通溴系阻燃剂，可降低用量，已有人尝试使用。
溴系阻燃剂由于阻燃效率高，综合性能稳定且优良，在阻燃压敏胶中得到广泛应用。但由于成本较高，且含有卤素，因此有逐步被取代的趋势，但目前，仍占重要地位。
无机阻燃剂及其复配体系
无机类阻燃剂中典型产品是氢氧化物，包括氢氧化铝和氢氧化镁，这类阻燃剂是通过分解吸收热量，同时产生大量惰性气体，阻隔氧气，来实现阻燃的效能。
这类阻燃剂具有成本低，阻燃效果较好，低烟无卤等优势。但添加量大，在固体成分中，含量超过60%，才有阻燃效果，所以粘合剂的性能较差，以往在一些低端领域使用。
为弥补单纯无机氢氧化物阻燃性能的不足，人们通过复配气相阻燃机理的氮系阻燃剂，如MCA等，从而降低总的用量，提高效能，使其能用于一些中高端领域。
下表为某公司产混配氢氧化物的阻燃剂用于阻燃丙烯酸酯系压敏胶的性能数据。表2 含15% 阻燃剂（整个胶中含量）的丙烯酸树脂系压敏胶粘带的性能数据
 膨胀型磷氮类无卤阻燃剂
一般为II型APP（聚磷酸铵）为主的体系，APP作为酸源与碳源（季戊四醇）和气源（三聚氰胺）共同组成膨胀型阻燃体系，通过在燃烧过程中形成多孔的碳层，阻隔热与氧气，发挥阻燃作用。
这类产品成本居中，阻燃效果良好, 且添加量适中，在固体成分中，添加量约40%。为了提高阻燃效率，研究人员还合成并复配一些高效成炭剂，取代普通的碳源，可大大降低阻燃剂的用量，成本也不会有明显增加。
如某公司产NHFR-100MT型膨胀型无卤阻燃剂，用于阻燃压敏胶中，性能优良（见表3）。表3 NHFR-100MT型膨胀型无卤阻燃剂用於压敏胶参考用量
 这类产品，所用的APP产品的质量，如聚合度和纯度、在水中的溶解性、对体系的粘度稳定性等，影响着其应用性能，需认真关注。
新型阻燃体系发展趋势
含卤阻燃剂制得的阻燃压敏胶制品由于燃烧时放出有毒的卤化氢气体，其应用受到严格限制，特别是一些封闭环境的应用，如飞机、高铁、高层建筑等，要求不仅阻燃，而且烟密度要低，而这只有无卤阻燃体系才能实现，因而阻燃压敏胶的无卤化已成大的发展趋势。
高效复合型无卤阻燃体系
通过结合不同阻燃剂机理的无卤阻燃剂，协同发挥作用，得到高效低成本复合型无卤阻燃体系，成为阻燃压敏胶阻燃体系发展的热点。
将磷系阻燃剂与金属氧化物、杂多酸混配使用，可进一步提高阻燃效率。一方面磷系阻燃剂，可通过气相和凝固相阻燃机理，发挥效能，另一方面，金属氧化物、杂多酸通过催化成碳，进一步提高阻燃效能。
而将磷氮类阻燃剂与硅系阻燃剂（包括无机白炭黑）混用，除利用磷氮类阻燃剂的膨胀阻燃功效外，硅系阻燃剂一方面析出在表面形成Si-C隔绝层，保护基材，另一方面还能增加碳层的强度，提高阻燃效能。
本体无卤阻燃树脂体系
人们通过将有阻燃作用的非卤元素（如磷、硅等）引入到压敏胶的树脂体系中，开发了本体阻燃压敏胶产品。这类产品由于没有外加粉体助剂，粘接性能、长期耐候性、电绝缘性能和涂覆性能，均具独有的优势，成为新的研发热点。
北京化工大学的研究人员将丙烯酸聚醚磷酸酯与丙烯酸酯进行自由基溶液聚合，制得具有本征阻燃性能的结合磷型丙烯酸酯共聚物溶液，然后将该溶液与油性聚磷酸铵浆料共混制得结合磷型丙烯酸酯阻燃压敏胶，所得压敏胶阻燃性能和常规性能均与进口阻燃压敏胶的性能相当。而西南科技大学的科研人员将磷腈结构引入丙烯酸树脂结构中（重量比约10%），得到阻燃性能优良的无卤阻燃丙烯酸酯PSA。
随着现代社会对阻燃压敏胶需求的发展，其对阻燃剂的要求也不断更新。我们可以借鉴塑料领域阻燃剂的选用原则，结合压敏胶对阻燃剂的应用技术要求，开发新的阻燃体系，得到更多新品种的阻燃压敏胶产品。(end)
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(1/8/2014) |
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