微膠囊在阻燃劑中的應用

1. 微膠囊阻燃劑發(fā)展史

隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，聚合物材料的應用越來越廣泛，但由于聚合物材料主要是由于C、H由于元素的組成，幾乎所有的聚合物材料都很容易燃燒，并在燃燒過程中產(chǎn)生大量的有害氣體和煙霧，因此火災風險已成為全球關注的問題。聚合物材料的主要研究方向是添加有效的阻燃劑，使聚合物材料具有可燃、自熄和消煙。

目前，我國主要使用磷阻燃劑和鹵素阻燃劑，一般存在以下缺點：1）相對分子質(zhì)量小，容易從產(chǎn)品中遷移；2）分解溫度低于材料火災溫度，部分阻燃劑在燃燒前分解；3） 在光氧作用下容易分解；4）大多有毒或腐蝕性；5）與阻燃劑或其他添加劑相容性差。

為了克服阻燃劑的上述缺點，近年來，阻燃劑的微膠囊包裝技術在國際上得到了發(fā)展，并已成為商業(yè)產(chǎn)品。

2. 定義微膠囊阻燃劑

阻燃劑微膠囊技術是利用天然或合成的聚合物材料，將阻燃劑分散成顆粒或液滴，在其表面形成惰性保護膜。當發(fā)生燃燒時，膠囊損壞并釋放阻燃劑，以達到阻燃效果。

3. 阻燃劑微膠囊化常用方法

墻體材料是決定微膠囊性能的關鍵因素。一般來說，墻體材料的主要要求是無毒、性能穩(wěn)定、成膜性好、無 具有一定的強度和可塑性。相當多的無機材料和有機材料可以用作墻體材料，其中聚合物材料較常用。以下是幾種常用的墻體材料：

型材 材料 膠、瓊脂、瓊脂糖、麥芽糊精、脂肪、海藻酸鈉、海藻酸鈣、蟲膠、羥乙基淀粉、羥甲基淀粉、蛋白質(zhì)等無毒、成膜性好、致密性好、機械性能差半合成聚合物纖維素衍生物，如羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、乙酸羥丙基纖維素琥珀酸酯、甲基纖維素、乙基纖維素等。

4. 常用阻燃劑微膠囊制備方法

分類

制備方法

壁材

應用領域

優(yōu)缺點比較

適用范圍

物理法

噴霧干燥法

食品級膠體：明膠、植物膠、變性淀粉

食品

優(yōu)點：1. 操作可包埋熱敏物質(zhì) 2. 包埋量高，穩(wěn)定性好3. 溶解性好4. 生產(chǎn)能力高，現(xiàn)成設備 5. 干燥塔內(nèi)壁使用壽命長 6. 操作方便7. 經(jīng)濟缺點:1. 設備尺寸大 2. 設備價格高3. 耗電大 4. 與其他方法相比，包埋率相對較低

與水反應的熱敏性、疏水性、親水性和物質(zhì)

空氣懸浮法

纖維素衍生物、蛋白質(zhì)衍生物、淀粉衍生物、蠟

醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥

優(yōu)點：1. 包埋率高，壁材厚度適中但均勻 缺點:設備復雜，不經(jīng)濟

固體芯材

真空蒸發(fā)沉積法

鋁、鎳、銅、蠟

塑料，儲氫金屬

優(yōu)點：操作方便，可大規(guī)模生產(chǎn)

非水溶性聚合物對活性物質(zhì)的包囊

靜電結合法

尼龍，鄰苯二甲酸二丁酯

醫(yī)藥

優(yōu)點：1. 可批量連續(xù)生產(chǎn) 2. 成本低3. 環(huán)保，設備簡單

微膠囊含甘油

包接絡合物法(分子包接法)

環(huán)糊精

醫(yī)藥、食品

優(yōu)點：1. 包裝強 ，干燥產(chǎn)品穩(wěn)定 2. 流動性好，不吸濕 3. 生產(chǎn)成本低 缺點：包裹量低

膠囊化油、香料和風味料、酸味劑、酶制劑和細胞

物理化學法

復凝聚法

明膠、 膠

記錄材料、香料、醫(yī)學、粘合劑

優(yōu)點：1. 操作簡單 2. 高效率和高產(chǎn)率 缺點:高成本

非水溶性固體粉末或液體

油相分離法

聚乙烯、聚苯乙烯、乙基纖維素、硝基纖維素

醫(yī)學、生物材料、感光材料

優(yōu)點：固體含量高 缺點：1. 污染、易燃易爆、有毒 2. 成本高

膠囊化水溶性或親水性物質(zhì)

干浴法(復合乳液法)

聚苯乙烯、纖維素衍生物、明膠等

醫(yī)學、生物材料、感光材料

優(yōu)點：膠囊機械強度大 缺點：1. 產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 2. 生產(chǎn)時間長

固體或液體芯材

熔化分散冷凝法

聚乙烯、石蠟等

醫(yī)藥、食品

優(yōu)點：壁材成本低 缺點：穩(wěn)定性差

熱敏、揮發(fā)性物質(zhì)

化學法

界面聚合

聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚脲等

記錄材料、香料、農(nóng)藥、膠粘劑

優(yōu)點：包裝率高 缺點：要求包裝耐酸堿

適用于活性物質(zhì)

原位聚合

聚苯乙烯、脲醛樹脂、聚氨酯等

壓敏紙，粘合劑

缺點：1. 單體需要可溶性，聚合物不可溶性 2. 成本高

氣體、液體、水溶性和油溶性單體

銳孔-凝固浴法

聚乙烯醇、褐藻酸鈉、明膠等

醫(yī)藥、香料、飼料

優(yōu)點：1. 操作簡單 2. 3. 膠囊粒徑小

包囊對紫外線光敏感的生物活性體

5. 微膠囊阻燃劑的應用

5.1 微膠囊在阻燃尼龍中的應用

尼龍66是一種具有優(yōu)異機電性能的工程塑料。微膠囊紅磷是尼龍66非常有效的阻燃劑效的阻燃劑會產(chǎn)生良好的效果。在尼龍66中尼龍66中加入不到10%的紅磷，可以很好地解決材料阻燃性的矛盾。

熊聯(lián)明以環(huán)氧樹脂和微膠囊紅磷為阻燃劑，制備了電子電氣封裝材料。當添加10個微膠囊紅磷時，材料的阻燃性能可以達到UL94V-0 級，氧指數(shù)從19.5%提高到28.2%；微膠囊紅磷的添加量在一定范圍內(nèi)對材料的力學性能影響不大。當添加量增加到14份時，材料的拉伸強度從48.84MPa下降到46.92MPa，先稍微提高彎曲強度。

陳海群等使用溶膠-微膠囊超細紅磷采用凝膠法制備。試驗結果表明，溶膠采用5%氫氧化鋁溶液-150℃左右真空干燥后，凝膠法制備的微膠囊紅磷穩(wěn)定性好。

5.2 阻燃微膠囊ABS中的應用

使用不同類型和劑量的無鹵阻燃劑ABS熔融擠出無鹵阻燃ABS。對阻燃劑的種類和用量進行了調(diào)查ABS阻燃效果的影響對無鹵阻燃的研制產(chǎn)生了影響ABS氧指數(shù)。結果表明，微膠囊紅磷/Mg(OH)2當復合阻燃劑的質(zhì)量分數(shù)為20%時，ABS復合材料的阻燃性能達到UL94V-0級。