介紹

苯膦酸鈉（Sodium Phenylphosphinate，簡(jiǎn)稱 SBP，分子式 C?H?NaO?P）具有獨(dú)特的 P-H 鍵與苯基結(jié)構(gòu)，常用于高效無鹵阻燃劑合成。P-H 鍵則是阻燃過程中發(fā)揮作用的關(guān)鍵位點(diǎn)，可通過氧化、交聯(lián)反應(yīng)促進(jìn)成炭，強(qiáng)化阻燃效果。常溫下為白色結(jié)晶粉末。它可由苯膦酸和飽和氫氧化鈉溶液發(fā)生中和反應(yīng)得到。

圖一 苯膦酸鈉

應(yīng)用

苯膦酸鈉可以應(yīng)用于合成鋁苯基膦酸鹽（BPA-Al）。向 SBP 水溶液中緩慢加入 0.33 mol 六水合氯化鋁溶液，攪拌過程中發(fā)生配位反應(yīng)，再過濾沉淀，經(jīng)洗滌、真空干燥后，得到高純度 BPA-Al，它是玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺 6（GFPA6）的高效阻燃組分，與其他阻燃劑協(xié)同使用可顯著提升材料阻燃性能。與三聚氰胺焦磷酸鹽（MPyP）復(fù)配使用時(shí)，展現(xiàn)出強(qiáng)烈的協(xié)同阻燃作用。當(dāng) GFPA6 中添加 10 wt% BPA-Al 與 20 wt% MPyP 時(shí)，材料阻燃等級(jí)達(dá)到 UL-94 V-2 級(jí)；進(jìn)一步加入 3 wt% 鎢酸鈉（ST）后，阻燃等級(jí)提升至 UL-94 V-0 級(jí)，無滴落現(xiàn)象，棉芯不被引燃。含 SBP 衍生阻燃劑的 GFPA6 復(fù)合材料，峰值熱釋放速率（PHRR）從純 GFPA6 的 461 kW/m2 降至 281 kW/m2，總熱釋放（THR）從 180 MJ/m2 降至 121 MJ/m2，火災(zāi)危險(xiǎn)性顯著降低。

圖二 苯膦酸鈉制備鋁苯基膦酸鹽的方程式

添加 BPA-Al/MPyP/ST 復(fù)合阻燃體系的 GFPA6，在氮?dú)夥諊?700℃時(shí)成炭率達(dá) 48%，遠(yuǎn)高于純 GFPA6 的 28.02%，炭層致密且連續(xù)，能有效阻隔熱量與氧氣傳遞。由于苯膦酸鈉衍生的 BPA-Al 與 GFPA6 基體相容性良好，阻燃復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度僅輕微下降。

阻燃機(jī)制

苯膦酸鈉衍生阻燃劑鋁苯基膦酸鹽的阻燃作用以凝聚相機(jī)制為主，在高溫下分解，釋放出苯基膦酸類物質(zhì)，可催化 GFPA6 分子鏈發(fā)生交聯(lián)、環(huán)化反應(yīng)，促進(jìn)形成致密的炭層。炭層作為物理屏障，能阻擋聚合物基質(zhì)與火焰接觸，減少可燃揮發(fā)物釋放，同時(shí)抑制熱量向內(nèi)部傳遞，延緩聚合物降解。當(dāng)與三聚氰胺焦磷酸鹽（MPyP）復(fù)配時(shí)，MPyP 分解釋放的三聚氰胺及其衍生物可與 BPA-Al 分解產(chǎn)物反應(yīng)，生成 三聚氰胺苯基膦酸鹽，兼具磷、氮阻燃特性。同時(shí)，MPyP 釋放的氨氣等惰性氣體可稀釋火焰區(qū)域的可燃?xì)怏w濃度，發(fā)揮氣相阻燃輔助作用。少量鎢酸鈉（ST）的加入可降低阻燃復(fù)合材料的熱分解活化能（E?），在轉(zhuǎn)化度為 0.05 時(shí)，GFPA6 的 E?從 173.7 kJ/mol 降至 120.5 kJ/mol，使成炭反應(yīng)在更低溫度下啟動(dòng)，提前形成有效炭層，縮短燃燒初期的熱量釋放[1]。

圖三 苯膦酸鈉衍生物阻燃圖

參考文獻(xiàn)

[1]Hua Z, Lin GP, Chen L, Wang YZ. Flame retardation of glass-fiber-reinforced polyamide 6 by combination of aluminum phenylphosphinate with melamine pyrophosphate [J]. Polymers Advanced Technologies, 2011, DOI: 10.1002/pat.1922.