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可阻燃的反应型聚氨酯热熔胶!该如何设计?

来源:粘接2022年08月02日

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塑料往往都有阻燃的要求,毕竟塑料常被用作结构件,使用量较多,一旦着火起来,的确危险性极高。
 
至于胶粘剂,本以为使用量就那么一点点,也就无所谓阻燃不阻燃的了。但没想到,还是有客户问及,是否有阻燃胶粘剂?
 
既然塑料、泡棉、弹性体都能阻燃,胶粘剂当然也是可以的。这期,《胶界》以反应型聚氨酯(PUR)热熔胶为例,讲述如何让PUR实现阻燃效果。
 
常见PUR的极限氧指数仅18%左右,阻燃性能不好。要让它具有阻燃效果,常用的方法就是引入阻燃剂。
 

然而,市面上的阻燃剂各式各样,究竟哪种阻燃剂既能起到助燃效果,又能不给胶粘剂其它性能带来负面影响?

 
氢氧化铝为无机阻燃剂;DEEP为非反应型有机阻燃剂,还可充当增塑剂

的作用;DHMP和OP550为反应型有机阻燃剂,化学结构上含有羟基,可以与异氰酸酯反应,生产聚氨酯胶,成为聚氨酯结构的一部分。

 

从上表可见,只需往PUR中加入10wt%的阻燃剂,无论是哪种类型,都在一定程度上可以提高PUR的阻燃性能。不过,它们的改善程度则是明显不同的:无机阻燃剂氢氧化铝效果最差,其次是非反应型的有机阻燃剂DEEP,最佳的则是反应型的有机阻燃剂DHMP和OP550;尤其是OP550可以让PUR的阻燃级别从易燃提升到V0级别,氧指数则从28%提高到36%。

 

研究者发现,要让无机阻燃剂表现出较好的阻燃性,往往要求较大的加入量(比如30%-50%),如果只有10wt%,效果并不佳。但如果加入量太多,不但会让粘度增加,还会影响PUR的粘接性能和本体力学性能。

 

至于非反应型的有机阻燃剂DEEP,虽然可以促进聚氨酯胶达到V1阻燃等级,但由于其与PUR相容性差,在PUR固化时会析出,因而导致其粘接性能,尤其是高温高湿后,析出风险陡增,从而导致可靠性能也急剧下降。正是由于DEEP容易析出的原因,使得PUR的雾化值极高。

 

 

 

而反应型阻燃剂DHMP和OPP550,由于结构上含有羟基,可以与异氰酸酯反应成为聚氨酯,极大地提高了它与树脂体系的相容性与分散效果,因而不但有效提高了阻燃性能,还能有效避免析出的风险,从而降低了对PUR的粘接性和可靠性的负面影响。

 

那么,为什么OP550的阻燃效果要比DHMP高一个等级呢?研究者认为这是由于OPP550含有多个羟基,其可以参与交联网络,在体系中分布更均匀,而DHMP只有一个羟基,只能接枝在其交联网络表面,因而添加OP550的PUR阻燃性更佳,综合性能更好。

 

 

总的来说,反应型阻燃是利用化学反应的方法把阻燃功能基团引入聚氨酯分子结构中,克服了非反应型阻燃剂的相容性较低、分散不均匀等缺点,因而添加量小,阻燃性能稳定,对胶水其它性能影响较低,是今后阻燃胶粘剂的发展方向。

 

 
参考文献:

陈精华,阻燃反应型聚氨酯热熔胶的研制,《粘接》

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