阻燃劑的研究及應用綜述

摘 """""要： 對主要無機和有機類阻燃劑的種類、特點、阻燃機理及應用現狀和發展趨勢進行了分析和綜述，介紹了國內外在阻燃劑方面研究現狀，總結了不同類型的無機阻燃劑、有機阻燃劑應用情況，并對今后的研究方向提出了建議。

關 "鍵 "詞：阻燃劑；阻燃機理；綜述

中圖分類號：TQ314.248""""""文獻標志碼： A """""文章編號： 1004-0935（2024）07-1114-04

阻燃劑是提高高分子材料防火性能的特殊物質。通過在材料中加入阻燃劑，改變材料本身的一些特性，可以有效地阻止燃燒或減緩火勢的蔓延。阻燃劑種類多樣，從化學成分來看，可以將它們分為無機類和有機類。通常來說，有機阻燃劑具有較強的阻燃效果，并且價格低廉，添加劑量較少，在阻燃劑研究領域也很廣泛，但在燃燒過程中會產生大量有毒有害的氣體，這限制了其在一些領域的使用^[1]。無機阻燃劑多以氫氧化物、氧化物或無機鹽等無機物為原料制備，不含有鹵素成分，具有制備工藝簡單、材料無毒、在高溫下無煙等優點，但同時也含有大量的添加劑。本文分析了國內外幾類基礎阻燃劑的開發和使用情況。

1 "無機阻燃劑

1.1 "氫氧化鎂和氫氧化鋁阻燃劑

氫氧化鎂和氫氧化鋁是具有良好阻燃性能的填料型阻燃劑，它們的阻燃機理是通過吸收熱量而發生分解，使溫度下降，同時產生的水蒸氣可作為抑煙劑。氫氧化鎂具有較強的阻燃性能^[2-3]，消煙能力也比氫氧化鋁更強，而且分解溫度也比氫氧化鋁更高。但它們也都有缺點，即氫氧化鋁填充過多，會嚴重地影響到材料的物理和力學特性；氫氧化鎂對聚合物的兼容性不佳，對聚合物的處理效果有影響等^[4]。針對上述缺點，對表面性能、粒徑、粒徑的分配等因素進行調節，從而達到更好的分散效果。國內對氫氧化鎂晶粒進行了較為全面的研究，將氫氧化鎂晶體的表面改性，制備出了六邊形的薄片狀和纖維狀的氫氧化鎂晶體，使其在基體中分散均勻。美國索利姆公司采用硅烷偶聯劑^[5]對氫氧化鋁進行表面處理，其粒徑小于5"μm，在PP、PE中添加量高達60%～70%仍可很好加工。

1.2 "無機磷系阻燃劑

無機磷類阻燃劑以紅磷、磷酸鹽、聚磷酸銨（APP）等為主要材料，經加熱后可將磷酸、偏磷酸、水等物質分解出來，并能在基質上形成一層碳，從而達到阻燃性^[6-7]，應用于PVC、聚酯、聚氨酰和環氧樹脂等。紅磷是一種高效、抑煙、低毒的阻燃劑，具有良好的熱穩定性，阻燃效果好，但在材料和工藝中的應用有很多限制，并具有吸濕、氧化和高毒性等缺點。針對上述問題，必須對其進行表面改性，并將其應用于微囊化工藝。經此工藝后，紅磷阻燃劑的毒性大大降低，與聚酯、聚酰胺等具有良好的兼容性，且與未加料的阻燃性能有顯著改善。國外對紅磷類阻燃材料進行了30多年的研究，并有較大的發展，同時也有一定的商業化應用前景。

1.3 "氧化銻阻燃劑

氧化銻是一種重要的無機阻燃劑，它本身的阻燃效果不是很好，但與鹵素結合起來會產生良好的阻燃效果。由于氧化銻具有毒性，燃燒過程中生煙量大，同時銻資源有限，并不能作為優質阻燃劑來使用，因此國外一直在研究可以替代銻化合物的阻燃劑，現有的主要替代品有硼酸鋅、硫酸鋅等，它們具有良好的阻燃效果，而且毒性極低。從整體性能來看，盡管其他物質也可能發揮一定的作用，但銻化合物依然是不可或缺的關鍵部分。國外經過改性和包裹處理后，開發出了ATO母粒^[8]，廣泛應用于塑料、紡織品等領域。美國、英國、瑞士等國在早期相繼開發出ATO母粒，現如今國內的益陽市新方向科技有限公司也擁有ATO阻燃母粒生產線，所生產的ATO母粒能很好地與塑料相容，在制品中分散均勻，在保持制品本身的基本力學性能基礎上提高了其耐沖擊強度、尺寸穩定性等指標。

1.4 "納米阻燃劑

納米阻燃劑是一種新型的高分子阻燃體系，由顆粒尺寸為1～100"nm的超微阻燃粒子凝聚而成，用很少的填充量就能使復合材料的性能得到明顯提高，這也是納米阻燃劑獨特的優點。納米技術應用在復合材料的阻燃不像常規阻燃劑會對基材的物性產生影響，例如碳納米管阻燃劑^[9-10]"無遷移、無污染，被廣泛應用于汽車、航空等諸多領域，其特有性能是常規阻燃劑無法與之比較的。

無機納米阻燃劑一般分為四大類：無機納米粉體阻燃劑、無機納米層狀阻燃劑、無機納米纖維狀阻燃劑、無機納米催化阻燃劑^[11]。籠形聚倍半硅氧烷（POSS）屬于無機納米粉體阻燃劑，是一種新型的增強材料，通過共混、共聚、交聯等方法，在一定的條件下可以被添加到幾乎所有的熱固性材料中。像POSS這種納米籠形體在高溫下會形成熱穩定的陶瓷質材料，因此常常被稱為前驅體陶瓷混合物。這種前驅體陶瓷混合物在燃燒過程中會減少熱釋放總量，從而降低材料的燃燒性能，起到阻燃的效果。蒙脫土（MMT）屬于無機納米層狀阻燃劑中的層狀硅酸鹽類，對MMT進行有機改性，可以改變表面的高極性，使MMT表層由親水性變為親油性，同時還可以改變層間距，使聚合物的鏈或者單體進入到層間，可得到復合型材料。碳納米管（CNTs）屬于無機納米纖維狀阻燃劑，可以提高聚合物的性能，例如力學性能、流變性能和阻燃性能等。在無機納米催化阻燃劑中，研究最多的就是鎳催化劑，它具有多孔結構，由此表面積大大增加，催化活性很高。

1.5 "其他無機阻燃劑

除了上述無機阻燃劑^[12-13]"的用途比較廣之外，其他許多阻燃劑在某些方面也有一定的用途，例如硼系、錫系、無機硅、鉬系等。硼系阻燃材料中的無機硼酸、硼酸鹽是最主要應用的2種類型，而硼系中的硼酸鋅（ZB）則是最常用的一種。硼酸鋅也是一種輔助性物質，在鹵環氧樹脂中，硼酸鋅與氧化銻能共同發揮其阻燃性^[14]，而硼酸鋅與氮、硅、磷化合物之間也存在一定的協同效應^[15]。美國的硼砂和化工公司最先研制出了硼酸鋅，它可以有效地改善產品的抗火焰性能。國外開發出一些含錫的無機化合物，主要有錫酸鋅（ZS）、羥基錫酸鋅（ZHS），其具有抑煙、低毒的優點，且對鹵素阻燃劑有良好的協同作用，是目前世界各國重點發展的新型阻燃添加材料之一。王亞超等^[16]用聚丙烯酰胺對硅灰基阻燃劑進行改性，制備出了一種有機-無機雜化新型硅灰基阻燃材料，經測試阻燃性能良好，同時可以很好地解決有機阻燃劑燃燒時帶來的危害。鉬類化合物是迄今為止人們發現最好的抑煙劑，常用于軟PVC和增塑方面的阻燃。

2 "有機阻燃劑

2.1 "有機磷系阻燃劑

目前常用的有機磷類阻燃材料有磷酸酯等，其阻火作用與無機磷基的基本原理一致，受熱分解出的物質會起到阻燃的效果，它具有低煙量、無鹵、低毒性等特點，具有廣闊的應用前景^[17-18]。磷酸酯類有磷酸三甲酚酯、磷酸三苯酯等，大部分都是單分子型物質，這類阻燃劑具有吸熱、覆蓋、稀釋、轉移、抑制和協同效應，廣泛應用于電纜、電線和工程塑料的阻燃，由于單分子型的產品污染環境，目前正將磷酸酯類阻燃劑的開發轉向高分子縮合型產品。LEE等^[19]將三苯磷與環氧樹脂、ABS之間混合，經過一系列的化學反應，最終制作成一系列不同配比的TPP/EP/ABS化合物，研究了它們的阻燃性能，獲得了非常滿意的成績。

2.2 "鹵系阻燃劑

鹵素化合物的阻燃機理是在受熱和燃燒過程中產生的氣體會稀釋周圍的空氣，從而起到阻燃的效果。鹵系阻燃劑主要以溴系和氯系為代表，廣泛用于環氧樹脂、聚酯、聚烯烴等的阻燃。溴系阻燃劑價格低廉、添加劑量少，但也存在著一些缺點，例如生煙量大、具有腐蝕性、產生有毒氣體對人體的呼吸器官造成危害，因此一直在尋找和研究可以替代溴系類的阻燃劑，非鹵阻燃劑也不斷成為人們主要的研究方向^[20]。但是就溴化物的綜合性能等方面的比較，還沒有替代品可以與之匹敵，因此阻燃劑的非鹵化將是一個長期的過程^[21]。氯系阻燃劑的阻燃效果比溴系差，但使用廣泛，通常與氧化銻結合使用。

2.3 "氮系阻燃劑

這類阻燃劑主要由三聚氰胺及其鹽、聚酰胺、雙氰胺和聯二脲等組成，它的特點是沒有顏色、不含鹵素、無腐蝕性、毒性較低、煙霧減少，廣泛應用于環氧樹脂、聚氯乙烯、ABS等。三聚氰胺及其鹽的效果是氮系阻燃劑中較好的，它的使用量也較多。熱分解時它會吸收大量的熱量，具有良好的熱穩定性。然而，氮系阻燃劑也存在著一些缺陷，例如與基材相容性不佳，從而使得阻燃效果不能達到理想水平。為了解決這類問題，人們將氮系阻燃劑與其他阻燃劑進行混合使用，重點研發具有高氮含量、耐高溫分解性、與聚合物相匹配的氮系阻"""""燃劑^[22-23]。

2.4 "有機硅系、硼系

有機硅系具有抑煙、無鹵、低毒的優點，是現在很熱門的一類高分子阻燃劑，該阻燃劑可以改善炭層的結構，使其發揮更好的性能。有機硅系阻燃劑本身的阻燃效果不是很好，但與某些物質結合起來就會產生良好的阻燃效果^[24]，例如美國CE公司生產的SFR-100產品，它是一種硅酮聚合物，能夠與多種物質協同起到良好的阻燃效果，可用于阻燃聚烯烴。

其他種類的有機阻燃劑沒有像有機硼系阻燃劑那樣應用廣泛，大多數是以硼酸作為原料合成的硼酸酯，它的水解穩定性較差，但具有抑煙、無毒的優良性能，因此仍然受到廣泛關注和研究^[25]。近年有機復合硼系阻燃劑的研究有了相當大的進展，例如MB，是研究比較多的，應用于聚合物的阻燃，也可以用作膨脹體系中的成炭促成劑。

3 "建"議

積極開展性能優異、新型廉價、無毒無煙、無機無鹵的阻燃劑是未來的發展趨勢，也是最為活躍的研究領域之一，在國內也具有相當大的發展空間。為了提高阻燃劑的燃燒抑制能力，擴大其應用范圍，更好地滿足合成材料的阻燃需求，在未來的發展中，要著重于下列工作。

1. 1）作為一個發展中國家，應結合國內的實際，結合國內阻燃劑的需求，合理地利用各種優勢，研制出一種價格低廉、環境友好的阻燃劑，并不斷借鑒和吸收國外的先進技術，如納米技術、表面改性技術等。
2. 2）復配型的阻燃劑具有良好的阻燃性和抑煙性，具有廣闊的應用前景，因而進行復配型阻燃劑的研究具有重要意義。

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Research and Application of Flame Retardants

HE Caiyu，"ZHANG Wei， FANG Meiqi， LI Wenhao， WANG Ke， WANG Pengxin， ZHANG Hongtao

（Shenyang Ligong University， Shenyang Liaoning 110159，"China）

Abstract：""The types， characteristics， flame retarding mechanism， application status and development trend of main inorganic and organic flame retardants were analyzed and summarized， the research status of flame retardants at home and abroad was introduced， the application status of different types of inorganic flame retardants and organic flame retardants was summarized， and suggestions for future research directions were put forward.

Key words："Flame retardant; Flame retardant mechanism; Overview