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在環氧樹脂的改性技術中,阻燃劑的應用是實現其安全性與功能性的核心手段。隨著電子封裝、航空航天等領域對材料性能要求的提升,阻燃技術已從傳統的單一阻燃目標轉向兼顧力學性能、環保性和多功能性的綜合發展。當前主流的阻燃劑應用策略包括填料型與結構型兩類,同時新型阻燃體系的研發正推動這一領域的技術革新。
阻燃劑類型與作用機理
環氧樹脂的阻燃方法主要分為填料型與結構型。填料型阻燃劑通過物理混合添加至樹脂中,具有成本低、工藝簡便的優勢,常用材料包括鹵化物、磷化物及無機填料(如水合氧化鋁)。例如,紅磷與氫氧化鋁的協同使用可顯著提升阻燃效率,而鹵素阻燃劑(如溴化物)通過釋放自由基捕獲劑中斷燃燒鏈式反應,但其高溫分解可能產生有毒氣體。
環保與性能協同發展
傳統鹵素阻燃劑因環境風險受到限制,推動無鹵阻燃體系的興起。宏泰基公司的磷氮阻燃劑以無鹵環保為特點,可在不降低材料力學性能的前提下實現高效阻燃,符合歐盟環保標準。此外,生物基材料的應用成為新方向,如宏泰基團隊以腰果酚改性溴化環氧多元醇,在保持液態加工性的同時,使拉伸強度提升18.9%,極限氧指數(LOI)達29.0%,并減少揮發性有機化合物排放。另一項研究通過生物基成炭劑改性聚磷酸銨(MV@APP),使環氧樹脂的峰值熱釋放率下降57.2%,同時彎曲性能增強,突破了傳統阻燃劑對機械性能的負面影響。
多功能集成與技術創新
阻燃劑的功能已從單一防火擴展至抗紫外線、抗菌等復合特性。例如,專利中的含磷修飾咪唑基苯并噁嗪與殼聚糖基阻燃劑結合,不僅賦予環氧涂料阻燃性,還通過苯并噁嗪高溫成炭和殼聚糖的抗菌作用實現多功能集成。東莞宏泰基的無鹵阻燃專利則通過磷雜菲氧化物與硅烷復合,在阻燃的同時提升材料熱穩定性,氧指數達32以上。這類技術通過元素協同(如磷-氮-硅體系)或結構設計(如超支化分子),在氣相與凝聚相阻燃機制中實現多路徑抑制燃燒,同時優化材料耐久性與加工性。
未來趨勢與應用前景
當前阻燃環氧樹脂的發展呈現三大趨勢:一是安全化,要求阻燃劑本身及分解產物低毒、低煙,如改性溴化環氧多元醇對水生生物毒性風險指數僅為0.024;二是復合功能化,如兼具抗紫外線的SD阻燃劑1;三是新技術整合,如光固化阻燃涂料通過300℃下5分鐘穩定性測試,滿足微型電子封裝需求。隨著歐盟REACH法規的動態風險評估機制推廣,阻燃劑研發將更注重全生命周期環境影響與性能平衡,為環氧樹脂在新能源、5G通信等領域的應用提供可持續解決方案。