阻燃劑的分類及發展趨勢

李佳佳

（青海大學，青海 西寧 810016）

0 引言

高分子材料越來越廣泛地應用于建筑、化工、軍事及交通等領域。由于高分子材料的易燃性，阻燃技術因此受到全球性的關注。從20世紀60年代起，一些發達國家開始生產和應用阻燃塑料。20世紀70年代，國外阻燃劑的消費量和品種快速增長，年增長率為6～8%。目前阻燃劑的消費量已躍居塑料助劑第二位，成為僅次于增塑劑的大品種。

1 阻燃劑的分類

阻燃劑種類繁多，按照其組成可分為：有機阻燃劑和無機阻燃劑。具代表性的阻燃劑是鹵系、磷系及氫氧化鋁、氫氧化鎂等。

1.1 鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑是含有鹵素元素并以鹵素元素起阻燃作用的一類阻燃劑[1]。 鹵系的四種鹵系元素氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）都具有阻燃性，阻燃效果按F、Cl、Br、I的順序依次增強，以碘系阻燃劑最強。生產上，只有氯類和溴類阻燃劑被大量使用，而氟類和碘類阻燃劑少有應用，這是因為含氟阻燃劑中C-F鍵太強而不能有效捕捉自由基，而含I阻燃劑的C-I鍵太弱易被破壞，影響了聚合物性能（如光穩定性），使阻燃性能在降解溫度以下就已經喪失。

鹵系阻燃劑（特別是溴系阻燃劑）的最大優點是阻燃效率高、用量少、相對成本較低。此外，溴系阻燃劑與材料的相容性較好，因而我國的阻燃劑仍以鹵系阻燃劑為主[2]，主要包含氯系和溴系，占整個阻燃劑體系的80%以上。但是，鹵系阻燃劑在高溫、明火情況下會放出鹵化氫等具有腐蝕性的有毒氣體并伴有濃煙[3]，阻燃劑發展趨勢則是在提高阻燃性能的同時，更加注重環保與生態安全，在這種背景下，一些傳統的溴系阻燃劑已受到日益嚴格的環保和阻燃法規的壓力，迫使用戶尋找溴系阻燃劑的代用品，同時也將促進新阻燃材料的問世。

1.2 磷系阻燃劑

磷系阻燃劑根據磷系阻燃劑的組成和結構以及作用機理，可分為無機磷系阻燃劑、磷系膨脹型阻燃劑和有機磷系阻燃劑三大類[4]。

無機磷系阻燃劑主要包括紅磷、磷酸鹽和聚磷酸銨等磷-銨阻燃劑。紅磷對多種高聚物都有很好的阻燃效果，自1965年被發現后一直備受關注。紅磷作為阻燃劑能以較低的用量使大多數高聚物具有良好的阻燃性能，處理過程穩定，既可以在氣相中產生自由基阻燃，也可以在凝固相中形成炭層阻燃。目前通過對紅磷的表面處理、穩定化處理及包覆處理使紅磷的吸濕性、自燃溫度、釋放磷化氫量、粉塵爆炸濃度、落高自燃及與高聚物的相容性等性能得到極大的改善。但紅磷因其自身的顏色，使其在紡織行業的應用受到限制。

膨脹型阻燃劑是以磷、氮為主要阻燃元素的阻燃劑，該類阻燃劑由酸源(脫水劑)、碳源(成碳劑)和氣源(發泡劑)三部分組成。這一體系早就被用作防火涂料，但是人們在近幾年內才認識到其膨脹特性。其作用機理是膨脹型阻燃劑在受熱時于材料表面形成致密的多孔泡沫碳層，該泡沫碳層既可阻止內層高聚物的進一步降解及可燃物向表面的釋放，又可阻止熱源向高聚物的傳遞以及隔絕氧源，從而能有效的阻止火焰的蔓延和傳播，達到阻燃的效果。這一技術基本克服了許多傳統阻燃劑存在的缺點，被譽為阻燃技術的一次革命，受到了阻燃界的一致推崇，是今后阻燃材料發展的主流。

有機磷化合物是添加型阻燃劑,它具有阻燃增塑雙重功能，該類阻燃劑燃燒時產生的偏磷酸可以形成穩定的多聚體,覆蓋于可燃材料表面隔絕外部氧氣進入和內部可燃性氣體溢出,起到阻燃作用。其阻燃效率高，可達溴化物的4～7倍。

磷系阻燃劑具有低鹵、無鹵、低煙、低毒的特性，其用量少，效率高，符合阻燃劑的發展方向，在阻燃劑領域倍受關注，在我國具有較大的發展潛力和空間。但是由于磷系阻燃劑自身的一些缺陷，如一些阻燃劑相容性差、表面處理技術不夠完善、有機磷系多為液體、揮發性大、發煙量大、熱穩定性較差[5]等，促使其應用受到了限制。因此，對磷系阻燃劑的研究還有待繼續加強。

1.3 氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃劑

氫氧化鋁及氫氧化鎂阻燃劑是最常見的無機阻燃劑，具有無毒、穩定性好，高溫下不產生有毒氣體，還能減少塑料燃燒時的發煙量等優點，而且價格低廉，來源廣泛。氫氧化鋁的脫水吸熱溫度較低，約為235～350℃，因此在塑料剛開始燃燒時的阻燃效果顯著。氫氧化鎂阻燃劑在適量添加時，可顯著減緩PE、PP、PVC及ABS等的熱分解溫度，具有良好的阻燃及降低發煙量的效果。但是氫氧化鎂分解溫度較高，在340～490℃左右，吸熱量也較小，對抑制材料溫度上升的性能比氫氧化鋁差，對聚合物的炭化阻燃作用卻優于氫氧化鋁，因此兩者復合使用，互為補充，其阻燃效果比單獨使用更好。但由于無機阻燃劑是填料型的，在樹脂中添加量較大，往往會不同程度地影響材料的加工性能和機械力學性能。因此，對傳統的無機阻燃劑進行改性研究已成為目前比較熱門的研究課題，無機阻燃劑的微膠囊化、表面改性、少塵或無塵化和協同效應等，已成為解決這一問題的良策。

1.4 銻系阻燃劑

三氧化二銻、膠體五氧化二銻和銻鈉是銻系阻燃劑的主要產品[6],其中廣泛應用的是三氧化二銻。它是一種典型的添加型無機阻燃劑,主要用于塑料制品和紡織織物的阻燃，亦可用作橡膠、木材的阻燃劑。其阻燃機理是三氧化二銻在燃燒期首先熔融，熔點為665℃，在材料表面形成保護膜隔絕空氣，通過內部吸熱反應降低燃燒溫度，在高溫狀態下三氧化二銻被氧化，稀釋了空氣中氧濃度，從而起到阻燃作用。不含鹵的銻化合物本身幾乎沒有阻燃作用，但當它們與含鹵有機化合物一同使用時，便構成了非常有效的銻/鹵阻燃協效體系。我國銻儲量占據世界首位，對于發展銻系阻燃劑十分有利，研究開發超細、高純白的銻氧產品是目前發展的重點。

2 新型阻燃劑的發展趨勢

2.1 無鹵化趨勢

近幾年，美國、英國、挪威、澳大利亞已制定或頒布法令,對某些制品進行燃燒毒性試驗或對某些制品使用所釋放的酸性氣體進行規定,取代鹵素阻燃劑開發無鹵阻燃劑已成為世界阻燃領域的趨勢。無機阻燃劑及以磷基為主的無機阻燃劑成為無鹵阻燃劑開發的主要趨勢。

2.2 抑煙化、減少有害氣體趨勢

據研究表明，火災中死亡者80%是材料燃燒放出的煙和有毒氣體造成的。此外，煙能降低可見度，使人們迷失方向，妨礙人們逃離現場。使用阻燃劑雖可以降低可燃性，減少火災發生的可能性，但不一定能減少煙氣及毒性，因而研究如何合理的選擇阻燃劑和阻燃體系,并降低材料燃燒時的煙量及有毒氣體量，成為近年來阻燃領域中的重點研究課題之一。

2.3 納米阻燃劑趨勢

納米阻燃聚合復合材料是納米材料中的一個重要分支，納米阻燃體系最為顯著的特點是相對于傳統普通阻燃劑，只需添加極少量（小于5%）的納米阻燃劑，即可顯著降低材料的阻燃性能，并且納米阻燃劑的加入還使得材料的機械性能提高，而普通阻燃劑的加入會大大影響材料的力學強度。隨著納米技術的不斷發展，陸續有新的納米阻燃體系出現并得到迅速發展，納米阻燃技術已成為阻燃領域的一個重要研究熱點。

2.4 新型鹵素阻燃劑的發展趨勢

盡管鹵素阻燃劑存在缺點，但由于其阻燃效率高，價格可被用戶接受，特別是溴系阻燃劑在阻燃領域內舉足輕重的地位，而且目前找不到能取代它的適用的阻燃體系，完全取代它不很容易。因此，新型溴系阻燃劑的開發一直都沒停止過，目前乃至今后的發展趨勢是提高分子量，改進分子結構，添加防滴落助劑，提高耐熱性、耐噴霜性、加工性和衛生安全性，同時尋找多溴二苯醚的代用品也將受到重視。

3 結束語

目前我國阻燃劑無論在品種上還是用量上與發達國家存在較大差距,隨著國家對阻燃技術要求力度的加強,我國阻燃劑的開發和發展將出現更好的廣闊前景。我們應該提高開發創新能力,推動阻燃劑工業將朝著環保化、低毒化、高效化、多功能化的方向發展。

［1］唐若谷,黃兆閣.鹵系阻燃劑的研究進展[J].科技通報,2012,28(1):129-131.

［2］陸云.鹵系阻燃劑在防火材料中的應用及前景[J].消防技術與產品信息,2009,10:41-42.

［3］靳永利.無機阻燃劑的發展與應用[J].化學工程與裝備,2012,10:130.

［4］黃沙.磷系阻燃劑的現狀與發展前景[J].四川化工,2010,13(5):24-27.

［5］周逸瀟,楊麗,畢成良,韓新宇,張寶貴.磷系阻燃劑的現狀與展望[J].天津化工,2009,23(1):1-4.

［6］劉福來,楊敏.無機阻燃劑的分類及研究現狀[J].中國非金屬礦工業導刊,2006.