随着防火安全标准和环保法规越来越严格,具有发烟量大、毒性等缺点的卤系阻燃剂逐渐被无卤阻燃剂所取代。由于有机硅阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外,还能改善基材的其他性能(如加工性能、机械性能、耐热性能等),生态友好,阻燃材料的循环使用效果较好,能满足人们对阻燃剂的严格要求,近几年有机硅阻燃剂及其阻燃技术得到了较快的发展。有机硅阻燃剂已经开始应用于塑料中(如PS、PEI、PU、环氧树脂等),但应用于聚酯(如聚碳酸酯、PET、不饱和聚酯等)中的文献报道还不多,尚属于较新的研究领域。
一般认为,硅氧链节的阻燃作用是按凝聚相阻燃机理,而不是按气相机理进行的,即通过生成裂解炭层和提高炭层的抗氧化性实现其阻燃功效。硅氧链节能促进材料在高温下成炭,而炭层中的硅氧链节又有助于形成连续的、抗氧化的硅酸盐保护层;因而可显著提高材料的氧指数及抗高温氧化性能,并保护炭层下的基材免遭破坏。这种类似于膨胀型阻燃剂的功能,不仅对材料的阻燃性贡献相当理想,而且使材料燃烧时生成的烟量和腐蚀性气体量大为降低,这更是人们对当代阻燃材料所特别希望的。聚合物主链所含的硅氧链节,还可提高材料的耐湿性和链的柔顺性能,改善材料的性能。特别是,聚合物中的Si(以及P,Mn等)可赋予材料耐氧自由基的能力,因而将这种材料用于宇航系统时,可减轻它们在低轨道环境时发生的降解和失重。此外,含硅聚合物受热分解时,生成CO2、水蒸气和SiO2,所以是毒性低的材料。含硅氧链节的PU共聚物暴露于热氛围中时形成保护层,但该层不含碳,分析证明只含硅和氧,这说明有机硅转变成了无机的二氧化硅。
有机硅阻燃技术主要有如下几种:(1)添加硅树脂粉末;(2)高分子硅油与金属化合物并用;(3)硅橡胶与有机金属化合物、白碳黑并用;(4)硅氧烷接枝或含活性官能团硅氧烷与单体共聚合,在分子内引入硅原子。含硅阻燃聚合物引入卤素或P后,阻燃效果更为理想,原因是卤素、P与Si具有阻燃协同效应。高温下,卤素或P促成炭的生产,Si增加炭层的稳定性;并且,用硅氧烷代替硅烷时,P/Si两元素的阻燃协同作用进一步加强。