淺析阻燃劑的研究及發展現狀

杜 明，劉 野，徐 鑫

（黑龍江省科學院石油化學研究院，黑龍江哈爾濱150040）

隨著社會的不斷發展，安全防火成為人們生活中最重要的問題之一。因此，阻燃劑的重要性被人們深刻認識到，合理的材料阻燃劑處理成為減少火災的重要手段之一。美國國家標準局曾進行多次小型及大型試驗，比較了幾種典型塑料制品的阻燃試樣及未阻燃試樣的火災危害程度。其試驗的結果是加入阻燃劑的材料燃燒時的質量損失速度明顯降低，為火災的救援提供了充分的時間，并有效的減少了毒氣的排放量等。總之，在很多方面阻燃材料的火災安全特性都明顯高于其他未加入阻燃劑的材料，為生活生產提供了可靠保障。

1 聚合物的燃燒機理

高聚物的燃燒過程是一個劇烈的熱氧化過程，這一復雜的燃燒過程可分為以下五個階段：

（1）加熱階段。這階段是聚合物吸收了外部熱源產生的熱量，聚合物開始快速升溫。聚合物的理化特性和其與熱源的接觸面積等因素決定了聚合物的升溫速度。

（2）分解階段。當聚合物的溫度達到一定數值時，其分子的化學鍵開始斷裂，可燃氣體、固液態產物和不完全燃燒的煙塵粒子等逐漸開始產生。

（3）著火階段。聚合物在分解階段產生的可燃氣體達到一定的濃度，且溫度也達到其燃點與閃點，當氧或氧化劑存在足夠數量時，可燃氣體就會開始燃燒。

（4）燃燒階段。燃燒所釋放的能量和活性游離基會引起一系列的鏈鎖反應，燃燒開始自動傳播與擴展起來，火焰由小變大。

（5）火焰傳播階段。在燃燒達到這一階段時，材料的表面完全暴露出來，加快火焰傳播速度。

2 阻燃機理

可燃物，著火源和氧化劑是維持燃燒的三個重要因素。只要其中一個因素被干擾，就可達到抑制燃燒的目的。根據影響燃燒的主要因素，可將阻燃機理分為凝聚相阻燃及氣相阻燃。但是不同結構的阻燃劑其阻燃機理也會有很大區別，以下按照阻燃元素的種類介紹其作用機理。

2.1 鹵系阻燃劑的阻燃機理

鹵系阻燃劑的阻燃機理主要是通過捕獲自由基，氣相中的鏈支化反應被抑制從而實現阻燃。有學者研究指出，鹵系阻燃劑還能達到凝聚相阻燃作用，一些含鹵化合物在高溫會釋放鹵化氫，凝聚相化合物與鹵化氫發生環化縮合反應，在材料表面形成保護層，從而阻止周邊材料的進一步氧化裂解。

2.2 鹵—銻協同效應體系的阻燃機理

三氧化二銻和鹵化物在高溫下會分解放出的鹵化氫并作用生成SbOCl。在產生這個表面效應時會有大量熱量散發，減緩了燃燒速度。由于在反應中形成了交聯聚合物，使材料的熱穩定性得到提高。

2.3 有機磷系阻燃劑的阻燃機理

有機磷系阻燃劑主要以凝聚相作用為主。磷化物受熱分解生成磷的含氧酸，多羥基化合物在這些酸的作用下脫水炭化，在聚合物表面產生的焦炭層起到了阻燃的作用。

2.4 氫氧化鎂和氫氧化鋁的阻燃機理

氫氧化鎂和氫氧化鋁的阻燃機理是氫氧化鋁（鎂）在分解時需要吸收熱量從而減緩和阻止了燃燒。

2.5 硼酸鹽的阻燃機理

它是一個多功能阻燃劑，不但具備了前幾種阻燃劑的阻燃機理，同時還具有改善炭層的質量的作用，從而實現了阻燃的目的。

3 阻燃劑的種類

3.1 鹵系阻燃劑

它是全球產量最大的有機阻燃劑之一，主要包括溴系和氯系兩大類，常用的有多溴二苯醚、溴代苯酚、四溴雙酚類、鹵代鄰苯二甲酸酐類、雙環辛烷、全氯五環癸烷、綠化石蠟、氯化聚乙烯等，它們的阻燃機理相同，其中以溴系阻燃劑為主。其中應用最廣泛的是溴系阻燃劑—十溴二苯醚。

十溴二苯醚的熱穩定性非常良好，溴含量和純度都相當高，而且制造工藝簡單，價格較低。工業十溴二苯醚為白色粉末，熔點300～310℃，溴含量83%，密度3.25g每立方厘米。十溴二苯醚阻燃劑可用于聚乙烯、聚丙烯ABS樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯等制品中。如果與三氧化二銻同時使用阻燃效果更為理想。其同類產品還有多溴二苯醚、八溴二苯醚、五溴二苯醚等。然而，這種阻燃劑也引發了問題，由于“二噁英問題”的發現，這類溴系阻燃劑的應用遇到了很大的沖擊。1986年瑞士科學家發現，多苯二苯醚熱裂或燃燒時，生成有毒的二惡烷，德國科學家的實驗也證明了其燃燒會生成二惡烷。

3.2 有機磷系阻燃劑

其中包括磷酸酯類、含鹵磷酸酯類膦酯脂類。這類阻燃劑屬于添加型阻燃劑，其優點是：阻燃效果比溴化物要好，容易與各種有機物混合，性能穩定，價格較低。

3.3 膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑是一類環保型阻燃劑，近年來發展極快，具有很大的市場。它主要活性組分為磷和氮，不含鹵素。一般由酸源、碳源和氣源組成。對于不同的聚合物，有時并不需要同時加入幾種組分，加入其中一種或幾種就可以達到阻燃的目的。近些年來，人們正在大力研究單質膨脹型阻燃劑，但大多數仍處于試驗階段。

以上是主要的三大類阻燃劑，此外還有水溶性阻燃劑，這是一種優質、高效、無毒的無機阻燃劑，是各種膨脹型防火涂料及阻燃制品必加的防火添加劑。但他們在實際生產中主要起輔助作用。

4 阻燃劑的應用

由于聚合物的種類、用途、使用環境各不相同，因此對阻燃劑的要求也不同。為了使聚合物物理機械性既能不受到影響，同時又能夠達到足夠度的阻燃級別，必須使阻燃劑均勻的分散在基質聚合物中。而阻燃劑的質量、混合過程、加工設備及配方組成是影響阻燃劑分散的重要要素。另外，還必須考慮阻燃劑與其它助劑間的相互作用。

展望未來，無鹵、高效、低煙、低毒、多功能的新型阻燃劑，是今后阻燃劑技術發展的方向。目前，德國科學家已研制出了一種新型的無鹵磷系阻燃劑，它在聚丙烯加工下穩定，不遷移，且具有良好的電氣性能。總之，今后的阻燃劑的種類將更加完善，功能更加齊全。我國的阻燃劑事業也必將進入一個新的發展階段。

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