阻燃剂的应用

概述^[1]

为能够增加高分子材料耐燃性的物质，主要用于高分子材料如塑料，橡胶、纤维等，而这些材料大多数是可以燃烧的。特别是塑料，要将其应用在交通运输、建筑、电工器材、航空、宇宙飞行等方面，就迫切需要解决其耐燃烧问题。阻燃剂主要是含磷、卤素、硼、锑等元素的有机物和无机物。通常按使用方法，将阻燃剂分为反应型和添加型两大类：反应型阻燃剂在高分子合成时作为一个组分参与反应，主要用于热固性塑料；添加型阻燃剂是在塑料加工时加入的，一般多用于热塑性塑料。

应用

1.溴系阻燃剂

溴系阻燃剂在受热燃烧时发烟量大，并释放腐蚀性气体和某些有毒物质，在应用上受到较大限制，但是由于它们的分解温度大多接近各种高聚物的分解温度，在高聚物分解时，溴系阻燃剂也开始进行分解，并能捕捉高分子材料降解反应生成的自由基，从而延缓或终止燃烧的链反应，同时释放出密度大的难燃气体HBr，覆盖在材料的表面，起到隔氧抑制燃烧的作用，并且添加量最小。

磷系阻燃剂因具有阻燃、增塑双重功能，且原材料资源丰富，成本低廉而受到重视，发展前景很好。其主要包括磷酸酯、含卤磷酸酯、复合磷酸酯及其衍生物、多磷酸酯和红磷5种类型。但是，有机磷系产品多为油状，在加工过程中不易添加到高聚物中，从而多应用在聚氨酯泡沫、软PVC、变压器油、纤维素树脂、天然和合成橡胶中。大多数磷酸酯为液体，易挥发、与高聚物相容性差，应用受到限制。目前已研究出部分热稳定性好的磷酸酯齐聚物和摩尔质量较高的含磷阻燃剂。

2.有机硅系阻燃剂

有机硅系阻燃剂无毒、耐高温、耐腐蚀，既是一种无卤阻燃剂，又是很好的成碳型抑烟剂。目前，这一类型的阻燃剂主要有硅树脂阻燃剂和聚硅硼氧烷阻燃剂。有机硅阻燃剂被添加到高分子材料中后，易迁移到材料表面，形成有机硅阻燃剂隔离薄层，在燃烧时，生成的Si—O键或Si—C键具有隔氧绝热效果，在抑制高分子材料分解时也阻止了燃烧产物的扩散。阻燃方法包括添加型和反应型两种，后者即为将含有特定基团的聚硅氧烷链段嵌入到一些聚合物中。例如，将带环氧基的聚硅氧烷与环氧树脂混合，通过固化，使高聚物体相中硅的质量分数在9%以上，从而使材料具有优异的阻燃性和高的成炭率。另外，由于卤素、磷与硅具有协同阻燃效应，在含硅阻燃剂中引入卤素或磷后，高温下卤素、磷会促成炭的生成，增加炭层的热稳定性，使其阻燃效果更佳。

3.氮系阻燃剂

氮系阻燃剂，主要指三聚氰胺及其衍生物，可单独使用，也可以同别的材料复合使用。该类阻燃剂无卤素、低毒、无腐蚀、对热和紫外线稳定、阻燃效率高且价廉，具有广阔的应用前景。氮系阻燃剂受热分解后，易放出氨气、氮气等不燃性气体，达到阻燃的目的。氮系阻燃剂还有三聚氰胺的氰脲酸盐、磷酸盐、硼酸盐、胍盐、双氰胺盐等。汽巴精化[5]开发出的M系列阻燃剂，广泛用于热塑性及热固性塑料领域；双氰胺主要用于制造胍盐阻燃剂，可以代替三聚氰胺，或者与三聚氰胺结合。欧洲专利报导双氰胺等比例混合，添加量5%，可使聚酰胺达到UL94V-0级的阻燃效果，且该阻燃剂对材料的撕裂强度影响很小。在尼龙6、尼龙66或他们的共混物中，添加质量分数为10%的MCA，可达到UL94V-0级阻燃标准。

4.无机阻燃剂

无机阻燃剂是无卤阻燃剂中的一个重要发展方向，目前，Al(OH)3和Mg(OH)2两种阻燃剂发展的较成熟，有一定的市场占有率。其阻燃机理主要是通过达到热分解温度时迅速分解、吸热降温、释放水蒸气来降低体系温度，同时水蒸气又稀释了可燃性气体以实现阻燃效果。无机阻燃剂用量很大，可能导致高聚物的物理机械性能发生变化，为改善这些缺陷，将无机阻燃剂进行微粒化、表面活化处理。前者让其在高聚物中分散均匀，在体相中阻燃效果均一化，减少阻燃剂用量。后者通过表面改性剂(硬脂酸钠或油酸钠)来改善无机阻燃剂与高聚物之间的黏结力及界面亲和力，既可提高相容性，还可保持机械强度的情况下减少阻燃材料的加入量。

主要参考资料

[1] 中国成人教育百科全书·化学·化工

[2] 阻燃剂的生产状况及发展前景