无卤阻燃剂的研究现状分析

王福兵(浙江万盛股份有限公司)

随着经济的不断发展，科技的不断进步，高分子材料越来越广泛地被应用于工业生产以及人们的日常生活之中。由于大部分高分子材料在高温的环境下，容易发生燃烧，而其燃烧的熔融滴落物还可能会点燃其他易燃物，从而导致火灾的发生。因此，阻燃型高分子材料阻燃剂的研究成为材料学研究领域重点，从总体上来看，卤系阻燃剂由于其在使用时具有烟雾量大、分解产物毒性大等弊端，正逐步被无卤阻燃剂所取代。本文主要从金属氧化物阻燃剂、无卤膨胀型阻燃剂、有机硅阻燃剂和无卤磷系阻燃剂的研究现状及阻燃机理进行了分析。

1.金属氧化物阻燃剂

氢氧化镁和氢氧化铝在研究和使用的过程中被发现具有发烟抑制剂、阻燃剂、填充剂这三重功能。氢氧化镁和氢氧化铝都是填充型的无机阻燃剂，一般要求填充量达到50%以上才实现较好的阻燃效果，目前对填充型无机阻燃剂的处理工艺主要是超细化、表面改性处理、复配处理等三种方式。

2.膨胀型阻燃剂

无卤膨胀型阻燃剂的主要成分是磷元素和氮元素。这种类型的阻燃剂具有较高的阻燃性，优势十分明显，在使用过程中不会出现熔融物滴落的现象，对于重复或者长时间暴露在火焰中具有很好的抵抗性，被称作是阻燃技术研究史上的一次革命。

无卤膨胀型阻燃剂是由三个部分所组成。第一个部分是气源，又被称作是发泡源，它可以释放出惰性气体，属于含氮化合物，例如聚磷酸胺、双氰胺、三聚氰胺和尿素等；第二个部分是酸源，又被称作是碳化促进剂或者脱水剂，通常是无机酸化合物或者无机酸，例如聚磷酸胺、磷酸酯、磷酸铵盐、硼酸、硫酸以及磷酸等；第三个部分是碳源，又被称作是碳剂，主要是含碳量较高的一些碳水化合物或多羟基化合物，例如淀粉和季戊四醇及其三聚体、二聚体等。

无卤膨胀型阻燃剂通过形成多孔的炭层对高分子材料起到阻燃作用。多孔的炭层同时能够阻止因受热分解所产生的气体扩散，并且阻止外部的氧气扩散到未发生裂解的高分子材料表面，使燃烧的高分子材料无法得到足够的热能和氧气从而熄灭，这是典型的凝聚相阻燃原理。

3.有机硅阻燃剂

有机硅阻燃剂作为一种新型高效的无卤阻燃剂，具有低毒、防熔滴的优点，同时有很高的环境友好度，是一种成碳型的抑烟剂。有机硅阻燃剂除了它优异的阻燃性能以外，还能够改善基材的耐热性能和加工性能。有机硅阻燃剂发挥阻燃作用的方法是将有机硅阻燃剂直接加入到高分子材料之中，或者是将带官能团的聚硅氧烷链段加入到聚合物之中。有机硅阻燃剂发挥阻燃的功效是通过反应生成裂解炭层，并且提高炭层的抗氧化性从而达到阻燃的目的。高分子材料加入了有机硅阻燃剂之后，有机硅阻燃剂会转移到材料表面，从而在材料表面形成了有机硅阻燃剂的富集层。当发生燃烧时，就会产生无机隔热隔氧的保护层，这样既能够阻止燃烧的分解产物扩散到空气中，还能够抑制材料的分解，实现阻燃、抑毒和抑烟的目的。

目前，主要的有机硅阻燃剂包括聚硅硼氧烷阻燃剂和硅树脂阻燃剂。聚硅硼氧烷阻燃剂是一种分子上包含B-O-B键、Si-O-B键以及Si-O-Si键的聚合物阻燃剂。当聚合物中的硼元素通过化学键的形式与硅氧烷作用形成了共聚物，就实现了硼和硅在同一个分子链上的协同阻燃作用。硅树脂阻燃剂则是以Si-OSi作为主链，通过在硅原子上连接有机基形成交联型的半无机高聚物。当硅树脂分子的侧基为氢键或者有机基时，则被称作纯硅树脂。硅树脂阻燃剂具有良好的电绝缘性、耐热性和阻燃性，能够被广泛地使用。

4.无卤磷系阻燃剂

磷系阻燃剂是阻燃剂中得一个重要分类，是一类除了对聚苯乙烯和聚烯烃等以外的聚合物都非常有效的阻燃剂，由于其具有价廉、持久、热稳定性好、低毒等特点，使之目前得到了广泛的应用。

4.1 无机磷系阻燃剂。此类阻燃剂包括了红磷、磷酸铵盐和聚磷酸铵等。

4.2 磷酸酯系列阻燃剂。磷酸酯系列阻燃剂是有机磷系阻燃剂的主要系列，根据相关文献的报道，磷酸酯系列阻燃剂的种类达到数百种之多，其中又分可为非卤磷酸酯和卤磷酸酯两大类。它们大多属于添加型阻燃剂。磷酸酯的品种多，用途广，但是由于耐热性差，挥发性大，相溶性不理想。为此，开发高分子量的缩聚型磷酸酯成为无卤磷系阻燃剂发展之必然。例如，美国Monsanto公司研发的phosgardzx C-20就属于非挥发性阻燃剂。Stauffer公司研发的Fyrol99具有低挥发性，耐水耐溶性好等特点，被大量应用于热固性聚合物、纤维和纸张等材料中。

缩聚型磷酸酯是一类很有发展前途的阻燃剂，由于P-C键的存在，也使其化学稳定性增强，具有耐水耐溶剂性，因此能够得到更广泛的应用。

结语：无卤阻燃剂以其出众的优势特点，被广泛地应用到高分子材料的制造中，但是为了能够更好地提高阻燃剂的性能，提高无卤阻燃剂的阻燃效率，使无卤阻燃剂在发挥作用时，不影响高分子材料的性能，包括电性能以及力学性能等，相信在各方研究机构的潜心研究下，我们的无卤阻燃剂将会有一个更高更好的发展。

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