浅析阻燃剂的研究及发展现状

杜 明，刘 野，徐 鑫

（黑龙江省科学院石油化学研究院，黑龙江哈尔滨150040）

随着社会的不断发展，安全防火成为人们生活中最重要的问题之一。因此，阻燃剂的重要性被人们深刻认识到，合理的材料阻燃剂处理成为减少火灾的重要手段之一。美国国家标准局曾进行多次小型及大型试验，比较了几种典型塑料制品的阻燃试样及未阻燃试样的火灾危害程度。其试验的结果是加入阻燃剂的材料燃烧时的质量损失速度明显降低，为火灾的救援提供了充分的时间，并有效的减少了毒气的排放量等。总之，在很多方面阻燃材料的火灾安全特性都明显高于其他未加入阻燃剂的材料，为生活生产提供了可靠保障。

1 聚合物的燃烧机理

高聚物的燃烧过程是一个剧烈的热氧化过程，这一复杂的燃烧过程可分为以下五个阶段：

（1）加热阶段。这阶段是聚合物吸收了外部热源产生的热量，聚合物开始快速升温。聚合物的理化特性和其与热源的接触面积等因素决定了聚合物的升温速度。

（2）分解阶段。当聚合物的温度达到一定数值时，其分子的化学键开始断裂，可燃气体、固液态产物和不完全燃烧的烟尘粒子等逐渐开始产生。

（3）着火阶段。聚合物在分解阶段产生的可燃气体达到一定的浓度，且温度也达到其燃点与闪点，当氧或氧化剂存在足够数量时，可燃气体就会开始燃烧。

（4）燃烧阶段。燃烧所释放的能量和活性游离基会引起一系列的链锁反应，燃烧开始自动传播与扩展起来，火焰由小变大。

（5）火焰传播阶段。在燃烧达到这一阶段时，材料的表面完全暴露出来，加快火焰传播速度。

2 阻燃机理

可燃物，着火源和氧化剂是维持燃烧的三个重要因素。只要其中一个因素被干扰，就可达到抑制燃烧的目的。根据影响燃烧的主要因素，可将阻燃机理分为凝聚相阻燃及气相阻燃。但是不同结构的阻燃剂其阻燃机理也会有很大区别，以下按照阻燃元素的种类介绍其作用机理。

2.1 卤系阻燃剂的阻燃机理

卤系阻燃剂的阻燃机理主要是通过捕获自由基，气相中的链支化反应被抑制从而实现阻燃。有学者研究指出，卤系阻燃剂还能达到凝聚相阻燃作用，一些含卤化合物在高温会释放卤化氢，凝聚相化合物与卤化氢发生环化缩合反应，在材料表面形成保护层，从而阻止周边材料的进一步氧化裂解。

2.2 卤—锑协同效应体系的阻燃机理

三氧化二锑和卤化物在高温下会分解放出的卤化氢并作用生成SbOCl。在产生这个表面效应时会有大量热量散发，减缓了燃烧速度。由于在反应中形成了交联聚合物，使材料的热稳定性得到提高。

2.3 有机磷系阻燃剂的阻燃机理

有机磷系阻燃剂主要以凝聚相作用为主。磷化物受热分解生成磷的含氧酸，多羟基化合物在这些酸的作用下脱水炭化，在聚合物表面产生的焦炭层起到了阻燃的作用。

2.4 氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃机理

氢氧化镁和氢氧化铝的阻燃机理是氢氧化铝（镁）在分解时需要吸收热量从而减缓和阻止了燃烧。

2.5 硼酸盐的阻燃机理

它是一个多功能阻燃剂，不但具备了前几种阻燃剂的阻燃机理，同时还具有改善炭层的质量的作用，从而实现了阻燃的目的。

3 阻燃剂的种类

3.1 卤系阻燃剂

它是全球产量最大的有机阻燃剂之一，主要包括溴系和氯系两大类，常用的有多溴二苯醚、溴代苯酚、四溴双酚类、卤代邻苯二甲酸酐类、双环辛烷、全氯五环癸烷、绿化石蜡、氯化聚乙烯等，它们的阻燃机理相同，其中以溴系阻燃剂为主。其中应用最广泛的是溴系阻燃剂—十溴二苯醚。

十溴二苯醚的热稳定性非常良好，溴含量和纯度都相当高，而且制造工艺简单，价格较低。工业十溴二苯醚为白色粉末，熔点300～310℃，溴含量83%，密度3.25g每立方厘米。十溴二苯醚阻燃剂可用于聚乙烯、聚丙烯ABS树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯等制品中。如果与三氧化二锑同时使用阻燃效果更为理想。其同类产品还有多溴二苯醚、八溴二苯醚、五溴二苯醚等。然而，这种阻燃剂也引发了问题，由于“二噁英问题”的发现，这类溴系阻燃剂的应用遇到了很大的冲击。1986年瑞士科学家发现，多苯二苯醚热裂或燃烧时，生成有毒的二恶烷，德国科学家的实验也证明了其燃烧会生成二恶烷。

3.2 有机磷系阻燃剂

其中包括磷酸酯类、含卤磷酸酯类膦酯脂类。这类阻燃剂属于添加型阻燃剂，其优点是：阻燃效果比溴化物要好，容易与各种有机物混合，性能稳定，价格较低。

3.3 膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂是一类环保型阻燃剂，近年来发展极快，具有很大的市场。它主要活性组分为磷和氮，不含卤素。一般由酸源、碳源和气源组成。对于不同的聚合物，有时并不需要同时加入几种组分，加入其中一种或几种就可以达到阻燃的目的。近些年来，人们正在大力研究单质膨胀型阻燃剂，但大多数仍处于试验阶段。

以上是主要的三大类阻燃剂，此外还有水溶性阻燃剂，这是一种优质、高效、无毒的无机阻燃剂，是各种膨胀型防火涂料及阻燃制品必加的防火添加剂。但他们在实际生产中主要起辅助作用。

4 阻燃剂的应用

由于聚合物的种类、用途、使用环境各不相同，因此对阻燃剂的要求也不同。为了使聚合物物理机械性既能不受到影响，同时又能够达到足够度的阻燃级别，必须使阻燃剂均匀的分散在基质聚合物中。而阻燃剂的质量、混合过程、加工设备及配方组成是影响阻燃剂分散的重要要素。另外，还必须考虑阻燃剂与其它助剂间的相互作用。

展望未来，无卤、高效、低烟、低毒、多功能的新型阻燃剂，是今后阻燃剂技术发展的方向。目前，德国科学家已研制出了一种新型的无卤磷系阻燃剂，它在聚丙烯加工下稳定，不迁移，且具有良好的电气性能。总之，今后的阻燃剂的种类将更加完善，功能更加齐全。我国的阻燃剂事业也必将进入一个新的发展阶段。

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