淺析阻燃劑的應(yīng)用與發(fā)展

張燕麗

【摘 要】在簡(jiǎn)要介紹阻燃劑阻燃機(jī)理的基礎(chǔ)上，分別從民用、軍用領(lǐng)域分析了各種阻燃劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)，指出了阻燃劑未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】阻燃劑;微膠囊化;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)： TQ320.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）30-0231-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.118

隨著城市工業(yè)的不斷發(fā)展，塑料、橡膠、纖維等高分子材料大量應(yīng)用，由之引發(fā)的火災(zāi)日趨頻繁，加之這些高分子聚合物燃燒時(shí)常伴有火焰、濃煙、毒氣等，給人們生活和社會(huì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害。因此，積極推廣應(yīng)用和發(fā)展阻燃材料，對(duì)于提高防火安全性具有重要意義。

1 阻燃機(jī)理

火災(zāi)通常是由可燃物燃燒引發(fā)，而燃燒必備三個(gè)條件：可燃物、助燃物和點(diǎn)火源。阻燃材料大都是通過(guò)添加阻燃劑來(lái)達(dá)到阻燃效果的。阻燃劑就是在可燃物燃燒過(guò)程中能阻止或抑制其物理或化學(xué)變化的速度，使燃燒減慢、終止或難以燃燒的一種物質(zhì)[1]。針對(duì)燃燒的三個(gè)必備條件，阻燃的途徑可分為以下幾種：

1.1 在固相中發(fā)揮作用

阻燃劑使可燃物的表面進(jìn)行炭化，從而達(dá)到阻止燃燒的效果。這種阻燃劑主要是磷類(lèi)阻燃劑（包括有機(jī)磷和無(wú)機(jī)磷類(lèi)）。

1.2 在液相中發(fā)揮作用

阻燃劑在燃燒過(guò)程中形成不揮發(fā)隔膜覆蓋在燃燒物品表面，達(dá)到隔絕空氣阻燃效果的目的。這種阻燃劑主要有硼酸鹽、鹵化物、氧化銻和磷類(lèi)材料，或者這幾種材料間的相互反應(yīng)生成的物質(zhì)。

1.3 在氣相中發(fā)揮作用

在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氫氧自由基連鎖反應(yīng)是導(dǎo)致燃燒的根源之一，阻燃劑的分解產(chǎn)物將產(chǎn)生的氫氧自由基切斷從而達(dá)到阻燃的目的。主要是鹵化物和氧化銻。

1.4 燃燒物的分解和可燃物質(zhì)的稀釋

這種阻燃機(jī)理主要是因在燃燒過(guò)程中燃燒物的分解吸收大量的熱、同時(shí)在燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的不燃物質(zhì)使可燃性氣體變稀薄，導(dǎo)致燃燒條件不充分而達(dá)到阻燃的目的。

多數(shù)阻燃劑是通過(guò)若干途徑共同作用達(dá)到阻燃目的。

2 阻燃劑的應(yīng)用

隨著防火需求的增加，阻燃劑在民用、軍用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

2.1 在民用領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1.1 鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑目前在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用主要可分為氯系阻燃劑及溴系阻燃劑。氯化石是氯系阻燃劑的主要成分。我國(guó)阻燃劑產(chǎn)品中有83%左右是氯系阻燃劑，主要種類(lèi)有52型氯化石蠟和40型氯化石蠟兩種。其的發(fā)展方向是70型氯化石蠟，無(wú)論是在環(huán)保還是可制備性、高阻燃性方面都比較好。現(xiàn)階段我國(guó)的70型氯化石蠟生產(chǎn)量只占氯系阻燃劑生產(chǎn)量的30%左右，較小的生產(chǎn)規(guī)模并且分散不均勻，制備時(shí)容易產(chǎn)生污染，因此其質(zhì)量與合成材料應(yīng)用的要求還存在較大的差距[2]。

氯化聚乙烯常作為阻燃劑主要應(yīng)用于塑料工業(yè)，其含氯量為30%～40%，但由于其熱穩(wěn)定性較差，沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。與國(guó)內(nèi)相比，全氯環(huán)戊癸烷和反應(yīng)型氯系阻燃劑氯菌酸已經(jīng)在國(guó)外得到應(yīng)用，效果比較好。

多溴二苯醚是溴系阻燃劑的主要產(chǎn)品，在燃燒過(guò)程中由于物品燃燒后熱分解會(huì)產(chǎn)生有劇毒的溴化二苯并二英和溴化二苯并呋喃，不利于救援。為此，各國(guó)針對(duì)多溴二苯醚阻燃劑的安全性問(wèn)題進(jìn)行了充分的討論，力圖加快阻燃劑的無(wú)鹵化過(guò)程。但由于其具有優(yōu)良的性能且價(jià)格適中，尋找溴系阻燃劑代用品比較困難，故迄今為止尚無(wú)任何國(guó)家明文禁用。國(guó)外多家權(quán)威性機(jī)構(gòu)發(fā)布報(bào)告認(rèn)為，多溴二苯醚安全性值得信賴(lài)。在國(guó)際化學(xué)品安全計(jì)劃委員會(huì)的聲明中，溴系阻燃劑對(duì)人類(lèi)與環(huán)境危害比較有限，只要加強(qiáng)對(duì)其的有效管控就可以，沒(méi)有必要禁止使用。綜上所述，在溴系阻燃劑還沒(méi)有找到合適替代品的前提下，溴系阻燃劑在世界范圍內(nèi)，尤其是發(fā)展中國(guó)家不僅會(huì)使用相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，而且還將保持相當(dāng)?shù)脑鲩L(zhǎng)速度。目前在東南亞、日本、美國(guó)多溴二苯醚的需求量仍高居首位[3]。已經(jīng)廣泛使用的有四溴雙酚A、溴化聚苯乙烯、聚丙烯五溴芐酯、1，2-雙（五溴苯基）乙烷、四溴雙酚A碳酸酯低聚物、溴代環(huán)氧樹(shù)脂、聚二溴苯醚、六溴環(huán)十二烷、三溴苯基烯丙基醚、聚二溴苯乙烯、八溴醚、TBC、HBCD等。

2.1.2 非鹵系阻燃劑

無(wú)機(jī)阻燃劑和膨脹型阻燃劑是非鹵系阻燃劑研究的主要領(lǐng)域，包括氫氧化物、紅磷、硼酸鋅、氧化銻和膨脹型阻燃劑等[4]。

氫氧化鋁和氫氧化鎂由于不含鹵素、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)、燃燒過(guò)程不揮發(fā)等許多顯著特性而成為使用量最大的兩種無(wú)機(jī)阻燃劑，特別是氫氧化鎂，因其同時(shí)還具有良好的抑煙、消煙性能，從而在阻燃以及協(xié)同阻燃等諸多方面很受重視。

在阻燃劑當(dāng)中，紅磷具有高效的阻燃性能，但由于它在摩擦碰撞時(shí)易燃，為了能夠利用其阻燃性能，紅磷包覆技術(shù)是解決其摩擦易燃特性的很好方法，現(xiàn)階段主要采用的包裹技術(shù)是高碳聚物或金屬氫氧化物。在我國(guó)，由于紅磷作為阻燃劑未廣泛使用，故國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)較少。

硼酸鋅和水合硼酸鹽都是低熔點(diǎn)化合物，在燃燒中能夠形成玻璃狀涂層覆蓋于聚合物之上而組織燃燒。硼酸鋅一般與其他阻燃劑放在一起進(jìn)行復(fù)配使用可以得到優(yōu)異的阻燃和抑煙效果。

三氧化二銻作為無(wú)機(jī)阻燃劑的一種，在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間比較早，而且它也可以和其他鹵素阻燃劑作為協(xié)同達(dá)到較好的阻燃效果，因此在阻燃材料中有著廣泛的應(yīng)用。但由于三氧化二銻在燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒的物質(zhì)，所以近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都在尋找替代品，其應(yīng)用在不久的將來(lái)也會(huì)降低。因此，阻燃技術(shù)近年來(lái)正向非銻化方向發(fā)展。目前，能部分或全部取代三氧化二銻的助阻燃劑主要有鋅鹽類(lèi)、鋯化合物和鉬化合物。無(wú)機(jī)阻燃劑超細(xì)化、表面處理技術(shù)已成為當(dāng)今阻燃技術(shù)開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，我國(guó)已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。

膨脹型阻燃劑是一種以氮、磷為主要組成的新型復(fù)合阻燃劑，因?yàn)樵擃?lèi)阻燃劑在受熱時(shí)發(fā)泡膨脹，故稱(chēng)為膨脹型阻燃劑，作為一種高效的低毒環(huán)保型阻燃劑，它不含鹵素，也不采用協(xié)效劑。從21世紀(jì)初開(kāi)始，膨脹型阻燃劑已經(jīng)進(jìn)行了研究應(yīng)用，并被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)阻燃劑無(wú)鹵化的有效途徑之一，特別是在紡織品的阻燃整理中也極具潛力[4]。目前，膨脹型阻燃劑由于與聚合物相容性差，引起被阻燃基質(zhì)的物理力學(xué)性能、電性能降低等因素在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。

2.2 在軍用領(lǐng)域中的應(yīng)用

在軍用領(lǐng)域，阻燃劑主要用于以下幾個(gè)方面：

2.2.1 阻燃涂料

在機(jī)關(guān)樓房、機(jī)密設(shè)施、武器設(shè)備、航天航空、防護(hù)設(shè)施等表面利用納米復(fù)和技術(shù)和膨脹技術(shù)能夠有效增強(qiáng)阻燃性能。例如在建筑裝修過(guò)程中在鋼材上使用的防火阻燃涂料，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料噴在鋼材表面，起到防火隔熱的作用，防止鋼材在火災(zāi)中升溫變形引起強(qiáng)度變低，造成更大的危害。現(xiàn)階段我國(guó)在外形鋼結(jié)構(gòu)防火涂料方面正在向圖層薄化、施工比較方便、具有較好的耐火性能、裝飾性也比較強(qiáng)，同時(shí)還向無(wú)毒無(wú)害且具有較強(qiáng)的耐腐蝕性的方向發(fā)展。同時(shí)在建筑領(lǐng)域木材的應(yīng)用也比較廣泛，木材阻燃產(chǎn)品在我國(guó)的發(fā)展前景廣闊，通過(guò)采用聚磷酸銨阻燃劑或者氨基樹(shù)脂固定阻燃劑來(lái)進(jìn)行阻燃是目前我國(guó)在木材上應(yīng)用的主要方法。而且通過(guò)復(fù)配的阻燃技術(shù)阻燃效果突出，研究的較多[5]。

2.2.2 人員裝備防護(hù)

比如阻燃迷彩服、阻燃防彈防護(hù)服、阻燃手套、裝包、阻燃毛毯、阻燃線(xiàn)纜及航空服等[6]，這些裝備能有效地抵御各種火情對(duì)人員和設(shè)備的傷害，保障官兵在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的安全。在防護(hù)服這一領(lǐng)域，目前我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的是芳綸混紡阻燃服，且現(xiàn)階段我國(guó)已有企業(yè)研發(fā)了以纖維素阻燃纖維為基材，以對(duì)位芳綸為骨架混紡而成的芳綸混紡阻燃面料，同時(shí)也兼顧了衣料的舒適性、阻燃性和熱收縮性[6]。

3 阻燃劑的發(fā)展趨勢(shì)

阻燃劑的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）非鹵化、抑煙化和無(wú)毒氣體化趨勢(shì)。非鹵化阻燃劑由于在燃燒過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有毒或腐蝕性的氣體而且產(chǎn)生的煙霧也比較少，因此比鹵系阻燃劑具有更好的環(huán)保性肯定會(huì)成為阻燃劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用的主要趨勢(shì)[7]。現(xiàn)階段各國(guó)已經(jīng)在這方面投入較大，其發(fā)展前景比較廣闊。

（2）表面化處理。現(xiàn)在市場(chǎng)上研制的阻燃劑因與聚合物的相容性不好而損壞其機(jī)械性能。然而通過(guò)用表面處理劑可以改變這一缺點(diǎn)，通過(guò)表面處理劑不僅能夠減小阻燃劑的加入對(duì)材料機(jī)械性能的影響，而且還能保持材料的加工性能。

（3）微膠囊化技術(shù)的運(yùn)用。通過(guò)采用微膠囊化技術(shù)[8]能夠改變一些阻燃劑的機(jī)械性能，尤其是對(duì)于那些具有較大的阻燃劑顆粒，通過(guò)對(duì)阻燃劑的微膠囊化和納米化不僅可以增大阻燃劑和阻燃材料的相容性而且還可以降低阻燃劑的用量，提高阻燃材料的經(jīng)濟(jì)性。

（4）協(xié)同效應(yīng)。將幾種不同的阻燃劑進(jìn)行復(fù)配，混合使用，不但可以提高阻燃效果，還可使材料的物理機(jī)械性能的損壞減小到最小。協(xié)同體系阻燃效果好、成本低，既可阻燃又可抑煙，還具有氣體一些特殊功能，前景十分廣闊，正不斷開(kāi)發(fā)出新的品種。

（5）提高阻燃劑的熱穩(wěn)定性。由于阻燃材料在燃燒過(guò)程中要經(jīng)受較高的溫度，因此阻燃劑的熱穩(wěn)定性能也是考驗(yàn)阻燃劑阻燃性能的重要方面，因此合成具有熱穩(wěn)定性能高的阻燃劑是提高阻燃材料的阻燃性能的關(guān)鍵，也會(huì)是阻燃劑的一個(gè)發(fā)展方向。

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