一、不同场景下阻燃剂的合理添加比例
阻燃剂的添加比例没有统一固定值,需要根据阻燃剂类型、基材种类、 required的阻燃等级共同确定,常见场景的合理添加范围如下:
(一)不同阻燃剂类型的添加范围
无机阻燃剂是目前应用最广泛的阻燃品类,由于阻燃效率相对偏低,添加比例通常较高,比如氢氧化铝、氢氧化镁这类常见无机阻燃剂,在塑料、橡胶基材中,合理添加比例一般为15%-40%,要达到高阻燃等级,添加比例可能提升至50%左右;磷系有机阻燃剂的阻燃效率更高,添加比例通常在3%-15%之间,卤系阻燃剂的阻燃效率最高,添加比例一般为5%-20%,膨胀型阻燃剂用于涂料时,添加比例在10%-25%之间,用于塑料基材时添加比例在10%-20%之间。
(二)不同基材的添加范围
塑料基材是阻燃剂用量最大的领域,通用塑料如聚乙烯、聚丙烯,要达到UL94 V-0级阻燃要求,使用卤系阻燃剂添加比例约8%-15%,使用无机阻燃剂需要添加30%-40%;工程塑料如尼龙、PC,本身氧指数偏高,达到同等阻燃等级,阻燃剂添加比例比通用塑料低2%-5%左右。
纺织纤维基材中,棉麻等纤维素纤维的后整理阻燃工艺,阻燃剂添加(轧余率)比例一般为10%-20%(相对于纤维干重),合成纤维纺丝添加阻燃剂,添加比例一般在3%-8%之间;木材与人造板领域,阻燃处理的阻燃剂添加比例一般为5%-15%(相对于板材绝干重量),要达到B1级阻燃要求,添加比例不低于8%。
防火涂料领域,阻燃剂是涂料的核心功能组分,在整个涂料配方中,添加比例一般为20%-40%,膨胀型防火涂料的阻燃剂添加比例偏高,非膨胀型偏低。
(三)不同阻燃等级的调整
阻燃等级要求越高,需要的阻燃剂添加比例越高,比如同样的聚丙烯基材,达到UL94 V-2级只需要添加5%-8%卤系阻燃剂,达到V-0级则需要提升至10%-15%,生产者需要根据终端产品要满足的阻燃标准调整添加量,不需要过度追求高添加,达标即可。
二、阻燃剂添加过量对原料性能的影响
阻燃剂本身是功能添加剂,添加量超过合理范围后,会对基材的原有物理、化学与加工性能产生不同程度的负面影响,常见影响包括以下几方面:
(一)加工性能下降
多数阻燃剂与基材的极性、相容性存在差异,添加过量后,会改变基材的熔融流动性,影响加工性能:比如注塑加工中,过量添加无机阻燃剂会提升熔体粘度,增加注塑压力,还会磨损加工设备的螺杆与模具;挤出加工时,会导致出料不稳定,制品表面出现麻点、起皮,影响外观与尺寸精度;纤维纺丝过程中,过量阻燃剂会导致断丝率上升,降低纺丝成品率。
(二)物理机械性能下降
添加过量阻燃剂会破坏基材的分子结构连续性,降低基材的机械性能:比如塑料基材添加过量无机阻燃剂,会导致拉伸强度、冲击强度明显下降,制品更容易变脆,抗冲击能力降低,使用寿命缩短;纺织纤维添加过量阻燃剂,会导致纤维强度下降,手感变硬,耐磨性降低,穿着舒适度下降;木材添加过量阻燃剂,会导致木材吸湿性上升,强度下降,更容易出现变形开裂。
(三)其他性能负面影响
过量添加阻燃剂还会影响基材的其他性能:比如耐水性能,过量添加水溶性阻燃剂会导致基材吸水率上升,耐水性下降,容易在潮湿环境中析出阻燃剂,导致阻燃性能逐步下降;电气性能,过量添加阻燃剂会降低塑料、橡胶的绝缘性能,增加介电损耗,不适合用于电气绝缘制品;耐候性能,部分有机阻燃剂过量添加后,更容易在紫外线作用下分解,导致基材老化速度加快,变色褪色,影响外观与使用寿命;对于食品接触类材料,过量添加阻燃剂还会增加迁移风险,不符合食品安全标准要求。
当然,也有部分特殊情况,部分阻燃剂在一定范围内过量添加不会产生明显负面影响,但会增加生产成本,造成不必要的浪费,因此只需要添加到满足阻燃标准即可,不需要额外增加添加量。