阻燃劑，賦予可燃聚合物難燃性的功能助劑，主要針對(duì)高分子材料的阻燃設(shè)計(jì)；根據(jù)其用途可分為添加型和反應(yīng)型兩種。

所添加的阻燃劑主要有有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑、鹵系阻燃劑(有機(jī)氯化物和有機(jī)溴化物)以及非鹵。

有機(jī)系以溴系阻燃劑為主，以溴系、磷氮、氮、紅磷為主，無(wú)機(jī)阻燃劑主要有銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硅系等。

反應(yīng)性阻燃劑則參與了單體的聚合反應(yīng)，因而使聚合物本身含有阻燃成分，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)高分子材料的使用性能影響更小，阻燃性能更持久。

01

阻燃劑作用機(jī)理研究

阻燃劑的作用機(jī)制較為復(fù)雜，目前還不十分清楚。一般說(shuō)來(lái)，鹵素化合物遇火加熱就發(fā)生分解反應(yīng)，分解鹵素離子與大分子化合物反應(yīng)生成氫鹵化。另一種方法是將大分子化合物在大分子燃燒時(shí)大量增殖的活性羥基游離基(HO·)反應(yīng)，使其濃度下降，燃燒速率減緩，直至火焰熄滅。

鹵中，溴素的阻燃性比氯大。磷型阻燃劑的作用是，它在燃燒時(shí)生成偏磷酸，并將其聚合為非常穩(wěn)定的多聚體，使其成為塑料的保護(hù)層。

阻燃劑在吸熱、覆膜、抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、不燃?xì)怏w窒息等方面都具有一定的阻燃作用。大多數(shù)阻燃劑是通過(guò)幾種機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)阻燃的。

02

阻燃劑分級(jí)。

(1)按元素種類劃分為鹵系、有機(jī)磷系及鹵-磷系、氮系、硅鋁-鎂系、鉬系等；

(2)根據(jù)阻燃性能可分為膨脹型阻燃劑，成碳阻燃劑等；

(3)無(wú)機(jī)阻燃劑、有機(jī)阻燃劑、聚合物阻燃劑等按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類；

(4)根據(jù)阻燃劑與所用材料之間的關(guān)系，可以將加入型和反應(yīng)型阻燃劑分類，其中反應(yīng)型阻燃劑參與了高分子的化學(xué)反應(yīng)。

鹵系阻燃劑

本文介紹了鹵系阻燃劑在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況。鹵阻燃劑主要應(yīng)用于電子、建筑等行業(yè)，其中約50~100種含鹵阻燃劑覆蓋了市場(chǎng)需求。

鹵素阻燃劑之所以受關(guān)注，主要是因?yàn)辂u系阻燃劑的阻燃性較高，其價(jià)格適中，其性能價(jià)格比其他阻燃劑難以與此指標(biāo)相比較，加上鹵系阻燃劑品種多，應(yīng)用范圍廣，受到人們的青睞。然而，鹵素阻燃劑在熱裂解或燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的煙、腐蝕性氣體，并會(huì)產(chǎn)生二惡英問(wèn)題。

電子/辦公設(shè)備、建筑等行業(yè)所使用的80%以上的含鹵阻燃劑，主要用途是苯乙烯類及其共聚物、熱塑性工程塑料、環(huán)氧樹(shù)脂。

磷化阻燃劑

含有磷的化合物可以用作熱塑性塑料、熱固性塑料、織物、紙張、涂料、粘合劑等。這類阻燃劑有紅磷、水溶性無(wú)機(jī)磷酸鹽、不溶性聚磷酸銨、有機(jī)磷酸酯類、磷酸鹽類、氧化膦類、氫彈烴基磷酸酯類、溴芳烴類等。

鹵阻燃劑雖然阻燃性能較好，但存在著環(huán)境污染和毒性等問(wèn)題，而磷系阻燃劑除了對(duì)苯乙烯、聚烯烴等幾大類聚合物外，還具有很好的阻燃性能，且二次污染小，因此引起人們的重視。

磷酸鹽類

磷酸一銨和磷酸二銨仍然是纖維與織物、無(wú)紡布、紙張、木材以及許多纖維素的有效阻燃劑。纖維素可以生成磷酸，使纖維素羥基酯化，產(chǎn)生的纖維素分解成碳，改變熱降解過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)阻燃。由于它們?cè)谒腥芙猓运鼈兊淖枞夹圆荒艹志谩Ｔ摦a(chǎn)品是當(dāng)前膨脹性阻燃劑的一個(gè)重要組成部分。

紅磷

紅磷是一種非常有效的阻燃劑，可以應(yīng)用于含氧聚合物，如PC、PET、PBT、PPE，它們?cè)跉W洲用作尼龍?jiān)淖枞紕?。因?yàn)榧t磷會(huì)與大氣中的水發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生有毒的磷化氫，所以需要對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)定處理。

三羥基磷(膦)酸。

三羥基磷(膦)作為高度填充的不飽和聚酯(例如氫化鋁，碳酸鈣)的稀釋劑。作為鹵素的協(xié)效劑，其作用不如氧化銻有效，但加工性較好。三羥基磷酸三丁基磷酸酯主要是三丁基磷酸三辛酯，三辛基磷酸酯和三丁氧基乙基。

二甲基磷酸甲酯含磷25%，是一種非常有效的阻燃劑。其高揮發(fā)性限制了應(yīng)用。用于聚氨酯硬泡，高填充熱固性樹(shù)脂。粘度稀釋劑也可用于高填充熱固性樹(shù)脂。以氨甲酸為發(fā)泡劑和胺類催化劑時(shí)，二乙基磷酸乙酯相對(duì)穩(wěn)定。

芳基磷酸鹽類

非鹵阻燃劑主要用于聚氯乙烯和醋酸纖維素的不燃增塑劑以及用作PPE、PC/ABS合金等工程塑料。

三苯磷酸烷基化合物。

芳香磷酸鹽均為液體，其主要產(chǎn)物是由合成異丙基吲哚或異丁基苯酚制成。制備方法是將酚烷基化，然后與磷酰氯反應(yīng)。所以烷基化三芳基磷酸酯是一種混合物。

磷酸三丁苯酯類抗氧化性好，但增塑性差。磷酸三基二苯酯是***有效的PVC阻燃劑。在歐洲使用，但也是***易揮發(fā)的。膦酸烷烴二芳基膦酸酯具有良好的增塑性，在PVC材料中應(yīng)用較低，其煙度也低于三芳基膦酸。

2-乙基己基二苯基磷酸酯。

2-乙基己基二苯基磷酸酯被美國(guó)食品與藥物管理局批準(zhǔn)用于食品包裝。異癸基二苯磷酸酯因其烴基不易揮發(fā)，可用于PVC電纜，特別是高壓電纜。

二聚芳香磷酸的揮發(fā)性很低，它與苯二酚、對(duì)苯二酚和二苯酚的聯(lián)接基是一樣的。應(yīng)用于熱塑性塑料(如PPE,PC/ABS)。

一種改性的聚苯醚(PPE)

一種具有較高抗沖性的PPE(PS-HI)與PPE(PPE)混合物。按分級(jí)，一般含PS-HI55%~65%。磷酸鹽雖不能使PS-HI達(dá)到UL94的阻燃性，但可用于工業(yè)阻燃PPE樹(shù)脂，并達(dá)到UL95V-0級(jí)。PPE通過(guò)磷酸鹽產(chǎn)生磷酸化，使得PPE形成炭，具有阻燃作用。工業(yè)性阻燃劑為液體烷基化的三芳膦酸或二烯酸酯。

三芳基膦酸鹽。

三芳基膦酸鹽在加工過(guò)程中揮發(fā)，造成應(yīng)力斷裂。使用二磷酸不揮發(fā)性可以降低應(yīng)力斷裂。雙酚A可以作為二磷酸的聯(lián)結(jié)基。

鹵素磷酸鹽

在硬質(zhì)聚氨酯泡沫產(chǎn)品中，含有磷酸鹵烷基酯的產(chǎn)品。但是熱穩(wěn)定性不佳。但是由于含鹵磷酸的基性毒性，已被歐盟和其他大多數(shù)***禁止使用，我國(guó)也不建議使用。

磷類氧化物。

磷酸鹽中的P-C鍵具有水解穩(wěn)定性，其含磷量比磷酸芳酯高，是一種更為有效的阻燃劑。其二元醇和三元醇是一種活性阻燃劑，用于聚氨酯和環(huán)氧。

該磷化物作為阻燃劑能抑制凝聚相中的自由基反應(yīng)，它們本身也能產(chǎn)生玻璃狀物質(zhì)，直至傳熱和傳質(zhì)阻隔。目前，有機(jī)磷阻燃劑已成為鹵代阻燃劑的替代品。

有機(jī)氫氧化合物

有機(jī)氫氧是一種重要的阻燃材料。有機(jī)氫氧化物易加工，相對(duì)無(wú)毒，不會(huì)產(chǎn)生有毒、腐蝕性氣體，而且抑煙，重要的是比鹵素、阻燃系統(tǒng)便宜。

這種阻燃劑配比合理，能使材料滿足多種試驗(yàn)要求。無(wú)機(jī)氫氧化鋁是銷(xiāo)售***多的阻燃劑，主要用于加工溫度低于200℃的合成橡膠、熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂。由于存在環(huán)境問(wèn)題，含鹵和磷阻燃劑對(duì)環(huán)境的影響，無(wú)機(jī)氫氧化物阻燃劑的應(yīng)用不斷增加。

氫氧化鋁(ATH)

氫氧化鋁是一種常用的阻燃材料。本品為無(wú)毒白粉，白色至淡白色粉末，相對(duì)密度為2.42，莫氏硬度為3.0，加熱到超過(guò)320℃時(shí)，氫氧化鋁因失水損失34.6%。

在處理溫度低于190~230℃的氫氧化鋁時(shí)，氫氧化鋁是一種優(yōu)異的阻燃劑，其粒徑大小對(duì)其熱穩(wěn)定性有很大影響。

氫氧化鋁是一種阻燃材料，廣泛應(yīng)用于彈性體、熱固性樹(shù)脂、熱塑性塑料等，還廣泛用于生產(chǎn)阻燃地毯上苯乙烯-丁二烯乳液，用于生產(chǎn)阻燃絕緣橡膠電纜、保溫泡沫、輸送帶和軟管。適用于大頂棚和墻壁的全不飽和樹(shù)脂中，用于洗手間用具，