阻燃高分子材料的研究進展及其在工程領域的應用

王秀林

摘 要： 近幾十年來，大量的高分子材料被應用于汽車、道路以及建筑領域，對于推動相關工程領域的發展起到了重要的推動作用，在汽車工程以及房屋建筑工程領域，阻止汽車以及房屋建筑在使用期間燃燒是確保使用者生命安全的重要方面，因此阻燃高分子材料是高分子材料中重點研究的方向之一，并在汽車工程以及建筑工程領域有著廣泛的應用。本文主要闡述了兩種主要類型的阻燃高分子材料的研究進展，并分析了阻燃高分材料在建筑工程及汽車工程領域的具體應用情況。

關鍵詞：阻燃高分子材料;建筑工程;汽車工程

當前在阻燃高分子材料領域主要存在兩種不同的類型，一是本征型阻燃高分子材料，這一高分子材料其主要的制作方式為在高分子聚合物的側鏈或者是主鏈中添加小分子，使得添加小分子后的高分子聚合物具備阻燃特性;二是添加型阻燃高分子材料，這一阻燃高分子材料的制作方式主要是通過在主高分子聚合物中添加阻燃劑成分，從而使得這兩者的混合物具備較好的阻燃屬性，而根據在主高分子聚合物中添加的阻燃劑類型的不同，阻燃高分子材料又分為了添加有機阻燃劑的阻燃高分子材料、添加無機阻燃劑的阻燃高分子材料以及添加復合型阻燃劑的阻燃高分子材料。

1.阻燃高分子材料類型及研究進展

1.1本征型阻燃高分子材料

本征型阻燃高分子材料的阻燃原理主要是通過這一類型的高分子材料在高溫狀態下發生化學或者物理反應，從而釋放阻燃性氣體緩解燃燒情況來達到阻燃目的，目前在工程領域較為常用的本征型阻燃高分材料主要包括有聚氯乙烯、氯化聚乙烯等。

在制作本征型阻燃高分子材料的過程中，主要是通過向高分子聚合物的主鏈或者側鏈上連接含有硫元素、氮元素或是含磷元素的物質，一旦出現燃燒等情況，高分子聚合物上的硫元素、氮元素或是含磷元素將發生化學反應產生阻燃氣體，進而阻止火勢繼續燃燒。由于硫元素、氮元素以及磷元素是使高分子聚合材料具備阻燃屬性的主要來源，因此阻燃高分子聚合材料中含硫量、含氮量或是含磷量越高則其阻燃效果越好。根據相關研究表明，當高分子聚合材料中的磷元素質量達到1%時，其產生的阻燃氣體能夠使得極限氧指數達到38%。為了增強本征型阻燃高分子材料的阻燃效果，不僅能夠通過增加單一元素的含量，而且還能夠通過在高分子聚合物的主鏈或者側鏈上添加兩種或者兩種以上的元素來增強阻燃效果。

1.2添加型阻燃高分子材料

在阻燃高分子材料中，本征型阻燃材料主要是通過化學反應，使本征型阻燃材料在高溫條件下產生阻燃氣體來實現阻燃目的，而添加型阻燃高分子材料則是通過物理手段達到阻燃效果，添加型阻燃高分子材料主要是通過在原本不具備阻燃效果的高分子材料中添加阻燃效果較好的物質來改善實現對高分子材料阻燃性能的改善。根據添加物質的不同，添加型阻燃材料分為了添加有機阻燃劑、添加無機阻燃劑以及添加復合型阻燃劑三大類。

1.2.1.添加有機阻燃劑的阻燃高分子材料

在添加有機阻燃劑的阻燃高分子材料中，又細分為了含鹵元素的阻燃劑和非鹵元素的阻燃劑，由于含有鹵元素的阻燃劑在反應過程中生成的氣體具有較大的毒性，可能影響人們的生命健康，因此這一類型的阻燃劑材料在實際的應用過程中較少，而非鹵元素的阻燃劑包括含硫、含磷元或者含氮的阻燃劑，而這些元素在燃燒高溫的情況下所產生的氣體毒性很小，因此應用較為廣泛。

1.2.2.添加無機阻燃劑的阻燃高分子材料

在添加無機阻燃劑的阻燃高分子材料中，其添加的無機阻燃劑可以分為金屬鹽、金屬氧化物和金屬 氫氧化物，盡管這些無機阻燃劑的阻燃效果都比較好，然而這些阻燃劑成分與高分子聚合物的融合度較差，在發生火災時，這些無機阻燃劑的煙霧消除效果也不理想，而煙霧的吸入也可能對人們的生命安全造成一定威脅。

1.2.3.添加復合型阻燃劑的阻燃高分子材料

復合型阻燃劑是通過在高分子材料中添加多種阻燃劑來提升阻燃效果的一類阻燃劑，相對添加單一阻燃劑成分的無機阻燃劑和有機阻燃劑而言，復合型阻燃劑往往有更好的阻燃效果。以同時添加硅系阻燃劑和磷系阻燃劑的復合型阻燃劑為例，硅系阻燃劑在高溫燃燒的情況下能夠形成一層保護膜，將燃燒的物體與外界空氣隔絕開來，不僅如此，還能夠防止磷系物質產生的阻燃氣體擴散，提升燃燒物體附近的阻燃氣體濃度，從而達到良好的阻燃效果。

2.阻燃高分子材料在工程領域的應用

2.1阻燃高分子材料在建筑工程中的應用

在房屋建筑使用過程中，一旦發生火災將造成一定的人員傷亡以及財產損失，因此近年來，房屋建筑的防火研究備受關注，而在房屋建筑中使用阻燃材料能夠達到較好的防火效果，降低火災事造成的傷害。經過相關研究表明，聚氯乙烯是一種良好的阻燃高分子材料，目前這一材料已經被制作成為了無紡紙，在進行房屋建筑的墻體建造時，聚氯乙烯無紡紙融入墻體中能夠起到較好的防火效果。

2.2阻燃高分子材料在汽車工程中的應用

在汽車事故中，一旦汽車碰撞后出現燃燒，則會給駕駛人員及乘客的生命安全造成極大的威脅，因此汽車防火非常關鍵。目前在汽車工程中，為了降低汽車起火所帶來的危害，在汽車中容易起火的承重零部件、內飾件、新能源動力電池等部件的高分子材料中添加阻燃劑是提高汽車安全性的主要手段之一。

3.總結

火災對于人們的生命安全產生了巨大的威脅，而當前房屋建筑以及汽車工程中所使用的大部分高分子材料并不具備較好的防火性，因此要提升相關工程的防火性需要在相關工程中使用本征型阻燃高分子材料和添加型阻燃高分子材料。

參考文獻：

[1] 石延超，王國建.有機磷阻燃劑的合成及在阻燃高分子材料中的應用研究進展[J].高分子材料科學與工程，2016，32（5）：167-175.DOI：10.16865/j.cnki.1000-7555.2016.05.032.

[2] 王展.阻燃高分子材料及其阻燃劑研究進展[J].中國石油和化工標準與質量，2013，（1）：26.

[3] 程現標.阻燃高分子材料研究進展及其在建筑工程領域中的應用[J].合成樹脂及塑料，2019，36（6）：91-94.

（湖南工學院，湖南 衡陽421010）