無鹵阻燃劑的研究現狀分析

王福兵(浙江萬盛股份有限公司)

隨著經濟的不斷發展，科技的不斷進步，高分子材料越來越廣泛地被應用于工業生產以及人們的日常生活之中。由于大部分高分子材料在高溫的環境下，容易發生燃燒，而其燃燒的熔融滴落物還可能會點燃其他易燃物，從而導致火災的發生。因此，阻燃型高分子材料阻燃劑的研究成為材料學研究領域重點，從總體上來看，鹵系阻燃劑由于其在使用時具有煙霧量大、分解產物毒性大等弊端，正逐步被無鹵阻燃劑所取代。本文主要從金屬氧化物阻燃劑、無鹵膨脹型阻燃劑、有機硅阻燃劑和無鹵磷系阻燃劑的研究現狀及阻燃機理進行了分析。

1.金屬氧化物阻燃劑

氫氧化鎂和氫氧化鋁在研究和使用的過程中被發現具有發煙抑制劑、阻燃劑、填充劑這三重功能。氫氧化鎂和氫氧化鋁都是填充型的無機阻燃劑，一般要求填充量達到50%以上才實現較好的阻燃效果，目前對填充型無機阻燃劑的處理工藝主要是超細化、表面改性處理、復配處理等三種方式。

2.膨脹型阻燃劑

無鹵膨脹型阻燃劑的主要成分是磷元素和氮元素。這種類型的阻燃劑具有較高的阻燃性，優勢十分明顯，在使用過程中不會出現熔融物滴落的現象，對于重復或者長時間暴露在火焰中具有很好的抵抗性，被稱作是阻燃技術研究史上的一次革命。

無鹵膨脹型阻燃劑是由三個部分所組成。第一個部分是氣源，又被稱作是發泡源，它可以釋放出惰性氣體，屬于含氮化合物，例如聚磷酸胺、雙氰胺、三聚氰胺和尿素等；第二個部分是酸源，又被稱作是碳化促進劑或者脫水劑，通常是無機酸化合物或者無機酸，例如聚磷酸胺、磷酸酯、磷酸銨鹽、硼酸、硫酸以及磷酸等；第三個部分是碳源，又被稱作是碳劑，主要是含碳量較高的一些碳水化合物或多羥基化合物，例如淀粉和季戊四醇及其三聚體、二聚體等。

無鹵膨脹型阻燃劑通過形成多孔的炭層對高分子材料起到阻燃作用。多孔的炭層同時能夠阻止因受熱分解所產生的氣體擴散，并且阻止外部的氧氣擴散到未發生裂解的高分子材料表面，使燃燒的高分子材料無法得到足夠的熱能和氧氣從而熄滅，這是典型的凝聚相阻燃原理。

3.有機硅阻燃劑

有機硅阻燃劑作為一種新型高效的無鹵阻燃劑，具有低毒、防熔滴的優點，同時有很高的環境友好度，是一種成碳型的抑煙劑。有機硅阻燃劑除了它優異的阻燃性能以外，還能夠改善基材的耐熱性能和加工性能。有機硅阻燃劑發揮阻燃作用的方法是將有機硅阻燃劑直接加入到高分子材料之中，或者是將帶官能團的聚硅氧烷鏈段加入到聚合物之中。有機硅阻燃劑發揮阻燃的功效是通過反應生成裂解炭層，并且提高炭層的抗氧化性從而達到阻燃的目的。高分子材料加入了有機硅阻燃劑之后，有機硅阻燃劑會轉移到材料表面，從而在材料表面形成了有機硅阻燃劑的富集層。當發生燃燒時，就會產生無機隔熱隔氧的保護層，這樣既能夠阻止燃燒的分解產物擴散到空氣中，還能夠抑制材料的分解，實現阻燃、抑毒和抑煙的目的。

目前，主要的有機硅阻燃劑包括聚硅硼氧烷阻燃劑和硅樹脂阻燃劑。聚硅硼氧烷阻燃劑是一種分子上包含B-O-B鍵、Si-O-B鍵以及Si-O-Si鍵的聚合物阻燃劑。當聚合物中的硼元素通過化學鍵的形式與硅氧烷作用形成了共聚物，就實現了硼和硅在同一個分子鏈上的協同阻燃作用。硅樹脂阻燃劑則是以Si-OSi作為主鏈，通過在硅原子上連接有機基形成交聯型的半無機高聚物。當硅樹脂分子的側基為氫鍵或者有機基時，則被稱作純硅樹脂。硅樹脂阻燃劑具有良好的電絕緣性、耐熱性和阻燃性，能夠被廣泛地使用。

4.無鹵磷系阻燃劑

磷系阻燃劑是阻燃劑中得一個重要分類，是一類除了對聚苯乙烯和聚烯烴等以外的聚合物都非常有效的阻燃劑，由于其具有價廉、持久、熱穩定性好、低毒等特點，使之目前得到了廣泛的應用。

4.1 無機磷系阻燃劑。此類阻燃劑包括了紅磷、磷酸銨鹽和聚磷酸銨等。

4.2 磷酸酯系列阻燃劑。磷酸酯系列阻燃劑是有機磷系阻燃劑的主要系列，根據相關文獻的報道，磷酸酯系列阻燃劑的種類達到數百種之多，其中又分可為非鹵磷酸酯和鹵磷酸酯兩大類。它們大多屬于添加型阻燃劑。磷酸酯的品種多，用途廣，但是由于耐熱性差，揮發性大，相溶性不理想。為此，開發高分子量的縮聚型磷酸酯成為無鹵磷系阻燃劑發展之必然。例如，美國Monsanto公司研發的phosgardzx C-20就屬于非揮發性阻燃劑。Stauffer公司研發的Fyrol99具有低揮發性，耐水耐溶性好等特點，被大量應用于熱固性聚合物、纖維和紙張等材料中。

縮聚型磷酸酯是一類很有發展前途的阻燃劑，由于P-C鍵的存在，也使其化學穩定性增強，具有耐水耐溶劑性，因此能夠得到更廣泛的應用。

結語：無鹵阻燃劑以其出眾的優勢特點，被廣泛地應用到高分子材料的制造中，但是為了能夠更好地提高阻燃劑的性能，提高無鹵阻燃劑的阻燃效率，使無鹵阻燃劑在發揮作用時，不影響高分子材料的性能，包括電性能以及力學性能等，相信在各方研究機構的潛心研究下，我們的無鹵阻燃劑將會有一個更高更好的發展。

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