综述
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2018， 35（1）： 90
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）是一种热塑性工程塑料［1］，对温度具有较好的适应性，广泛应用于汽车、电器、电子和建筑材料等行业［2-4］；但ABS阻燃效果较差，其极限氧指数（LOI）仅为 19.0%左右，热稳定性差，易燃烧，导致火灾发生时不利于开展救援［5］。ABS/聚碳酸酯（PC）合金具有较好的耐热性能、抗冲击性能和加工性能，极大拓展了ABS树脂的应用，但其LOI仅为24.0%左右，阻燃性能也较差，存在安全隐患。目前，针对ABS和ABS/PC合金的阻燃改性成为研究开发热点。研究表明，提高ABS及ABS/PC合金的阻燃性能，扩大其使用范围，使其达到防火标准［6］，用于汽车、电器、电子等以塑代钢领域，市场前景巨大。本文综述了近年的相关研究成果，并对ABS及其复合材料的阻燃改性提出展望。 1 ABS阻燃研究
有机阻燃剂［如阻燃齐聚物（PSPTR）、三聚氰胺（MA）、氰尿酸三聚氰胺（MCA）、间苯二酚-双（磷酸二苯酯）缩聚物（SOL-DP）、对苯二酚双（二苯基磷酸脂）（HDP）、膨胀型阻燃剂（IFR）、
ABS及其复合材料的阻燃改性研究进展
吴梦林，曹新鑫*，刘英俊，何小芳
（河南理工大学材料科学与工程学院，河南省焦作市 454000）
摘要：综述了近年来酚醛树脂、聚磷酸铵等有机阻燃剂及石墨烯、红磷和次磷酸铝等无机阻燃剂阻燃改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）及ABS/聚碳酸酯合金的研究进展。阻燃剂的加入提高了ABS的垂直燃烧等级、极限
氧指数以及燃烧后的残炭量，降低了ABS阻燃体系的燃烧速率，延缓了其热分解，使ABS的阻燃性能得到了提高。最
后，展望了阻燃剂未来的发展方向，指出提高ABS阻燃效果的方法是开发阻燃效率更高的阻燃剂。
关键词：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 聚碳酸酯 合金 阻燃剂
中图分类号：TQ 325.2文献标识码： A 文章编号：1002-1396（2018）01-0090-04
Research progress of flame retarding modification for ABS and its composites
Wu Menglin， Cao Xinxin， Liu Yingjun， He Xiaofang
（School of Material Science and Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， China）
Abstract： The recent research progress of organic flame retardants such as phenolic resin，ammonium polyphosphate and inorganic flame retardants，graphene，phosphorus，aluminium hypophosphite，are presented，which are used for modified acrylonitrile-butadiene-styrene（ABS）and ABS/polycarbonate alloy. The addition of flame retardants increases the vertical burning level，limiting oxygen index and the amount of residual carbon after burning of ABS，the burning rate of the ABS flame retardant system is reduced， the thermal decomposition is delayed， the flame retarding property of ABS is improved thereby. Finally，the development trend of flame re-tardant in the future is prospected， which points out that the way to improve the flame retarding property of ABS is to develop flame retardant with higher flame retarding efficiency.
Keywords： acrylonitrile-butadiene-styrene； polycarbonate； alloy； flame retardant
收稿日期：2017-07-29；修回日期：2017-10-28。
作者简介：吴梦林，男，1998年生，本科，现主要从事高聚
物共混改性研究工作。E-mail：2441337068@qq。
基金项目：河南省教育厅自然科学技术研究项目（2008B-
430008）。
通信联系人。E-mail：cxxhxf@126。
*
第 1 期. 91 .
水溶液锂电池乙二酰胺（PDTA）、氧化二异丙苯（DCP）、苯甲酸甲酯（PEPB）等］具有很好的阻燃性能，有助于ABS在燃烧过程中生成结构均匀的炭层，降低热分解速率，从而提高其阻燃效果。
郭玉阳等［7］向ABS中加入了PSPTR，酚醛树脂（PF），发现当w（PSPTR）与w（PF）之和为30%且质量比为1∶1时，能够使ABS的阻燃级别达UL-
双列角接触球轴承
94 V-1级，LOI达28.2%。PSPTR和PF的加入延缓了ABS的热分解，PF完善了炭层的石墨结构和抗氧化能力，ABS的阻燃性能得到了提高。周健等［8］探讨了PF和磷酸酯对ABS阻燃性能的影响，发现磷酸酯和PF的加入使ABS的LOI达28.0%，同时观察到燃烧后ABS的残留量提高，达到了10%；此外，ABS的热分解速率有效降低，当热分解速率处于最大值时，复合材料对温度耐受性较纯ABS提高了20℃。汪炉林等［9］用SOL-DP，MCA 阻燃改性ABS，发现当w（SOL-DP）与w（MCA）之和为12%，质量比为2∶1时，ABS的LOI达27.5%，阻燃级别高达UL-94V-0级；w（SOL-DP）与 w（MCA）之和为15%时，热释放速率最快时仅为原来的30%。付全军等［10］以HDP为阻燃剂，PF 为协效剂阻燃ABS。研究发现，复合材料燃烧后的炭层结构均匀，磷元素分布有序，降低了热释放速率，延缓了ABS的热分解，提高了其阻燃性能。孙芳等［11］制备了ABS/MA/聚磷酸铵（APP）/ PEPB复合材料。结果表明：当w（MA），w（APP），w（PEPB）分别为6%，12%，12%时，材料阻燃级别达UL-94V-0级，且使ABS燃烧后形成了致密炭层，阻燃效果最优。赵松等［12］将DCP，乙烯-乙酸乙烯共聚物用于改性ABS。研究发现，当w（DCP）为0.6%，材料的LOI达31.4%，阻燃级别达UL-94 V-0级；w（DCP）为0.3%时，复合材料的拉伸强度提高了26.3%；加入DCP提高了复合材料的成炭率，使复合材料的阻燃性能和力学性能得到了提高。Prieur等［13］向ABS中加入了磷酸化木质素（P-LIG），研究发现，在高温条件下，ABS的残留量随着P-LIG中磷含量的增加而增加；ABS热分解过程中，P-LIG促进其生成了炭保护层，使ABS分解后产生的燃料较少释放到火焰中，当w（P-LIG）为30％时，ABS的热释放速率显著降低。Yi Jiangsong 等［14］自制了成炭剂聚对苯二甲酰乙
二胺（PETA），与APP共混制备了IFR。为了更好地发挥IFR的阻燃作用，又向ABS中加入了次磷酸铝（AHP）、有机蒙脱土等协效剂。研究发现，复合材料的LOI 超过了30.0%，阻燃级别达UL-94 V-0级；复合材滚动转子式压缩机
料燃烧后形成了致密、均匀、膨胀的炭层，体系
的热稳定性和残留量明显提高。Zhang Yan等［15］
采用APP/可膨胀石墨/聚（双酚苯基磷酸脂）阻
燃体系，发现当APP、可膨胀石墨、聚（双酚苯
基磷酸脂）质量分数分别为18.0%，4.5%，7.5%
时，阻燃效果最佳，ABS的残炭率和热稳定性提
高。Chen Xingyou等［16］制备了新型阻燃剂PDTA，
与APP协效阻燃ABS，研究发现，当w（ABS），w（APP），w（PDTA）分别为70.0%，22.5%，7.5%
时，复合材料的LOI达31.0%，阻燃级别达UL-94
V-0级。这是因为APP和PDTA发生了化学反应，
生成了一种耐热的三嗪环，使ABS燃烧时产生了
致密的炭层，阻燃性能得到了提高。Hoang等［17］
向ABS中添加了磷阻燃剂（FR）。结果表明：当 w（FR）为27.5％～30.0%时，ABS/FR复合材料的
阻燃级别达UL-94 V-0级；添加FR提高了ABS的
热稳定性，降低了ABS的热降解速率。
智能电位器1.2 无机阻燃剂阻燃ABS
调频电源石墨烯、红磷、伊利石（ILT）等无机阻燃剂能
提高ABS燃烧过程中的热稳定性和残炭率，从而
提高ABS的阻燃性能。
张丽等［18］将石墨烯用于阻燃改性ABS，研究
发现，石墨烯的加入提高了体系的残炭率，同时
使ABS的LOI提高了3.8%。赵松等［19］将ILT改性，
得到了有机改性ILT（OILT），研究了OILT对ABS/
乙烯-乙酸乙烯阻燃性能的影响。结果表明：当 w（OILT）为1.0％时，ABS/乙烯-乙酸乙烯的LOI达27.3%，阻燃级别达UL-94 V-0级。OILT的加入提高了体系的残炭率，降低了生产成本，提高了阻燃
效率。Yin Haiqing等［20］将红磷用于ABS阻燃改性，
研究发现：当红磷质量分数为2.0％时，复合材料
的LOI达27.0%，垂直燃烧等级达UL-94 V-0级。红
磷能缓解ABS的热分解，使其在较高温度条件下
仍保持稳定的残留量，并使ABS形成了致密的炭
层，有效提高了复合材料的阻燃性能。Xu Sailong
等［21］以水滑石镁铝、锌镁铝为阻燃剂对ABS进行
改性，研究发现：阻燃剂的加入降低了ABS的热释
放速率峰值和平均质量损失率，延长了ABS的燃
烧时间；与纯ABS相比，ABS/水滑石复合材料的
LOI提高，烟密度降低。
此外，无机阻燃剂还常与APP，PETA等有机
阻燃剂协同改性ABS。Chen Xingyou等［22］向ABS
中加入了硼酸锌（ZB），为了使体系的阻燃性能
吴梦林等. ABS及其复合材料的阻燃改性研究进展
合 成 树 脂 及 塑 料 2018 年第 35 卷. 92 .
更好，又向其中加入了APP与PETA，研究发现：当w（ABS），w（APP），w（PETA），w（ZB）分别为
70.0%，20.8%，6.9%和2.3%时，复合材料的LOI 为36.0%，阻燃级别达UL-94V-0级；ZB的加入使ABS的热稳定性和残炭率得到了提高。Martins 等［23］合成了一种无溴阻燃剂，该无溴阻燃剂由APP，MA，纳米SiO2和盐改性后的黏土组成，发现ABS的线性燃烧速率降低到了原来的52%。
2 ABS/PC合金阻燃研究
ABS/PC合金综合了ABS和PC两种树脂的优异特性——ABS良好的加工性能和PC的高冲击强度与耐温、抗紫外线等，可广泛应用在家电用品、商务电器、汽车零部件、照明器材及通信设备上，因此，对ABS/PC合金的阻燃性能有了更高的要求。
2.1 有机阻燃剂阻燃ABS/PC合金
目前，已有学者研究了四苯基双酚A二磷酸酯（BDP）［24］、磷酸三苯酯（TPP）［25］等有机阻燃剂对ABS/PC合金阻燃性能的影响，阻燃改性效果显著。
周文君等［26］用阻燃剂聚硼硅氧烷改性ABS/ PC合金，发现聚硼硅氧烷中的Si元素形成了有利于阻止热和氧传递的绝缘炭层，该绝缘炭层能防止ABS/PC合金继续燃烧，从而提高了其阻燃性能。黎敏等［27］制备了ABS/PC/BDP/TPP复合材料。为了使体系的阻燃效果更好，又向体系中加入了增容剂苯乙烯-丁二烯-马来酸酐共聚物（MPC）1545R，发现当PC，ABS，MPC 1545R，BDP，TPP总用
量为118.5 phr，质量比为70.0∶30.0∶5.0∶10.0∶3.5时，可使复合材料的LOI达到27.9%，阻燃级别达UL-94V-0级。汪克风等［28］用BDP和全氟丁基磺酸钾（PPFBS）改性ABS/PC合金。结果表明：当 w（BDP）和w（PPFBS）分别为8.00%，0.05%时，阻燃级别达UL-94 V-0级；适量提高BDP与PC用量，可以提高复合材料的负荷变形温度，当w（PC）为85.00%时，体系的负荷变形温度从102.5 ℃提高到了116.0 ℃左右。Wang Weihua等［29］向ABS/PC合金中加入了芳香磷和PPFBS两种阻燃剂，同时添加了玻璃纤维，发现玻璃纤维的烛芯效应极大增强了合金的阻燃性能，阻燃剂的加入降低了合金的最大热降解率，提高了其阻燃等级，复合材料的阻燃效果明显增强。
2.2 无机阻燃剂阻燃ABS/PC合金
无机阻燃剂具有热稳定性好，可提高复合材料初始分解温度等优点。将蒙脱土、有机-无机杂化介孔二氧化硅（DM），AHP等无机阻燃剂用来阻燃改性ABS/PC合金，可有效提高合金的阻燃 性能。
冉诗雅等［30］研究发现，蒙脱土通过完善炭层结构，延长了体系的阻隔时间，同时使体系的分解温度提高了6 ℃，阻燃级别达UL-94 V-0级。Wei Ping等［31］制备了新型阻燃剂DM，与TPP协效阻燃ABS/PC合金，发现当w（DM）为2.0％，w（TPP）为6.0％时，复合材料的LOI为28.0%，阻燃级别达UL-94 V-0级。阻燃剂能促进体系在高温条件下形成致密炭层，提高了体系的热稳定性，同时降低了复合材料的热释放速率。Ran Shiya等［32］将蒙脱土进行酸碱改性后用于ABS/PC合金，发现经酸碱
改性后的蒙脱土提高了ABS/PC合金的初始分解温度，增强了炭层的稳定性，延缓了复合材料的热释放速率的第二高峰时间。杨克亚等［33］用纳米SiO2改性ABS/PC合金，发现当纳米SiO2和协效剂间苯二酚双（二苯基磷酸酯）达到最佳比例时，体系的阻燃级别达UL-94 V-0级，LOI达到29.0%以上，同时纳米SiO2通过促进体系成炭可提高ABS的阻燃效果。Wu Ningjing等［34］制备了ABS/PC/AHP阻燃体系，发现当w（AHP）为15.0%时，体系的热释放速率峰值明显降低，阻燃级别达UL-94 V-0级，同时促进了有利于体系稳定的炭层的生成，ABS/PC 合金界面的相互作用得到了有效提高，从而提高了复合材料的阻燃性能。
3 结语
红磷、石墨烯、蒙脱土、水滑石等无机阻燃剂和APP，PF等有机阻燃剂的加入提高了ABS和ABS/PC合金的热稳定性、LOI和阻燃级别，有效地提高了其阻燃性能。目前，ZB，DCP和IFR等阻燃剂阻燃效果较好，使ABS和ABS/PC合金的阻燃级别达到了UL-94 V-0级，LOI超过30.0%，而PSPTR 和PF等阻燃剂阻燃效果不太理想，使ABS和ABS/ PC合金的阻燃级别为UL-94V-1级，LOI也仅约
20.0%。因此，如何使阻燃剂更好地提高ABS和ABS/PC合金的阻燃性能仍会是未来的研究热点，可以从以下两方面入手：1）开发阻燃效率更高的新型阻燃剂；2）将两种或两种以上的阻燃剂复配，发挥阻燃剂的协效阻燃作用。总之，随着人们对高分子材料阻燃性能的要求越来越高，高效、绿环保也逐渐成为阻燃剂的发展方向。
第 1 期. 93 .
吴梦林等. ABS及其复合材料的阻燃改性研究进展
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