進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，高分子材料作為一種功能材料在我國(guó)受到了各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，尤其是在建筑行業(yè)上面，而高分子材料一旦受熱，就會(huì)分解出具有可燃性的物質(zhì)，當(dāng)這種可燃性的物質(zhì)的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，遇到適當(dāng)?shù)臏囟染蜁?huì)燃燒，給企業(yè)造成巨大的損失。

高分子材料在空氣中受熱時(shí)，會(huì)分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物濃度和體系溫度足夠高時(shí)即可燃燒。其燃燒過(guò)程及阻燃機(jī)理如下：

1. 高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產(chǎn)生的可燃物達(dá)到一定濃度，同時(shí)體系被加熱到點(diǎn)燃溫度后，燃燒才能發(fā)生。

2. 已被點(diǎn)燃的高分子材料在點(diǎn)燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過(guò)程的熱量平衡。當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過(guò)程各階段所需的總熱量時(shí)，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。

3. 高分子材料的阻燃作用可以通過(guò)提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體等幾個(gè)要素實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)在高分子材料中使用阻燃劑實(shí)現(xiàn)阻燃的方法是目前我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的阻燃方式，利用阻燃劑與高分子材料分解出來(lái)的可燃物之間的結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)提高高分子材料阻燃性能的目的。

阻燃劑的分類及其特點(diǎn)

—Classification and characteristics 

of flame retardants

根據(jù)其使用方法可分為添加型和反應(yīng)型兩類，添加型阻燃劑是在塑料的加工過(guò)程中摻入塑料中，多用于熱塑性塑料。反應(yīng)型阻燃劑是在聚合物合成過(guò)程中作為單體化學(xué)鍵合到聚合物分子鏈上，多用于熱固性塑料，有些反應(yīng)型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)，阻燃劑又可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類，在這些化合物中多含有鹵素和磷，有的含有銻、硼、鋁等元素。 

一、鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑作為有機(jī)阻燃劑的一個(gè)重要品種，是較早使用的一類阻燃劑，自20世紀(jì)60年代開(kāi)始被廣泛應(yīng)用。它主要包括氯系阻燃劑和溴系阻燃劑。

1. 氯系阻燃劑：

氯系阻燃劑是一種廣泛使用的阻燃劑，主要包括氯化石蠟和氯化脂環(huán)烴等。由于其價(jià)格相對(duì)較低，因此仍然被大量使用。氯化石蠟是工業(yè)上重要的阻燃劑之一，由于其熱穩(wěn)定性較差，因此主要適用于加工溫度低于200℃的復(fù)合材料。然而，氯化脂環(huán)烴和四氯鄰苯二甲酸酐具有較高的熱穩(wěn)定性，因此常被用作不飽和樹(shù)脂的阻燃劑。

2. 溴系阻燃劑：

目前世界上產(chǎn)量大的有機(jī)阻燃劑之一。阻燃效率高，是氯系阻燃劑的兩倍，因此相對(duì)用量少。它與基體樹(shù)脂互容性好，對(duì)材料的力學(xué)性能影響小，在阻燃領(lǐng)域有著很重要的地位。鹵系阻燃劑分解產(chǎn)生鹵化氫，鹵化氫消除高分子材料燃燒反應(yīng)產(chǎn)生活性自由基，如HX與火焰中鏈反應(yīng)活性物質(zhì)HO·作用，使上述游離基濃度降低，從而減緩或終止燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，達(dá)到阻燃的目的。

缺點(diǎn)：

1. 鹵素元素在高溫下會(huì)釋放出有害氣體，對(duì)人類健康和環(huán)境造成危害；鹵系阻燃劑具有揮發(fā)性和滲透性，容易通過(guò)氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài)途徑對(duì)周圍環(huán)境造成對(duì)環(huán)境的污染； 一些研究表明，鹵系阻燃劑可能導(dǎo)致某些材料老化、脆化、開(kāi)裂，降低材料的使用壽命。

二、磷系阻燃劑

磷系阻燃劑是指含有磷酸鹽基團(tuán)的阻燃劑，主要有磷酸三丁酯、二苯醚和五氧化二銻等。磷系阻燃劑的分子中存在大量的羥基，能與含鹵素的材料反應(yīng)形成不穩(wěn)定的絡(luò)合物，降低材料的可燃性。同時(shí)，由于磷的吸濕性小、發(fā)煙量少，所以具有較好的耐水性及抗潮性。

1.有機(jī)磷系阻燃劑

主要有膦酸脂、磷酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)磷鹽、氧化膦及磷-氮化合物等。含磷化合物受熱分解的產(chǎn)物有非常強(qiáng)的脫水作用，能使所覆蓋的聚合物表面炭化，形成炭膜，隔絕空氣，從而達(dá)到阻燃的作用。

2.無(wú)機(jī)磷系阻燃劑

無(wú)機(jī)磷系阻燃劑主要包括紅磷、聚磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨等。在火焰作用下，阻燃劑發(fā)生熔融、分解等化學(xué)反應(yīng)，生成不可燃的物質(zhì)，從而起到阻燃作用。此外，無(wú)機(jī)磷系阻燃劑還能促進(jìn)高分子材料的熱分解，減少可燃物的數(shù)量，降低燃燒速率。

三、金屬氫氧化物

金屬氫氧化物是指金屬陽(yáng)離子與氫氧根離子形成的無(wú)機(jī)化合物，也叫作堿，是金屬元素的氫氧化物?？捎猛ㄊ組（OH）n表示。如氫氧化鈉等。作為阻燃助劑以氫氧化鋁、氫氧化鎂為主，是集阻燃、抑煙、填充三大功能于一身的阻燃劑。

1.氫氧化鎂

是一種無(wú)毒、無(wú)味、不腐蝕的白色粉末，熱分解溫度為390-430℃。它主要用于CPC、CPE、軟磁鐵氧體阻燃劑，并廣泛用于PP、PVC、PE、PS、PA、PC、ABS、EVA等塑料橡膠中，以及在油漆、涂料以及不飽和聚酯中也有應(yīng)用。氫氧化鎂是一種高填充量與添加型的無(wú)機(jī)阻燃劑與抑煙劑，其阻燃機(jī)理為：氫氧化鎂在340-490℃受熱時(shí)，發(fā)生分解吸收燃燒物表面熱量達(dá)到阻燃作用；同時(shí)，釋放出大量的水分稀釋燃物表面的氧氣，而分解生成的活性氧化鎂會(huì)附著在可燃物的表面，進(jìn)一步阻止燃燒的進(jìn)行。在整個(gè)阻燃過(guò)程中，氫氧化鎂并沒(méi)有產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，而且分解出的產(chǎn)物在阻燃的同時(shí)，還可以大量地吸收塑料、橡膠等高分子燃燒生成的有害氣體與煙霧。

2.氫氧化鋁

與氫氧化鎂相比，氫氧化鋁在分解溫度、熱反應(yīng)等方面有所不同。氫氧化鋁的分解溫度為230-250℃，具有較高的熱穩(wěn)定性。在阻燃過(guò)程中，氫氧化鋁通過(guò)分解產(chǎn)生水蒸氣來(lái)覆蓋火焰、驅(qū)逐氧氣、稀釋可燃?xì)怏w，同時(shí)形成絕熱層和炭化作用等來(lái)中斷或者推遲高聚物的燃燒。

四、硼系阻燃劑

硼系阻燃劑具有耐熱性好、毒性低、抑煙的特點(diǎn)。通用的無(wú)機(jī)硼阻燃劑有硼砂、硼酸、硼酸鋅、偏硼酸鈣、偏硼酸銨、五硼酸銨、偏硼酸鈉、氟硼酸銨和氟硼酸鋅等；有機(jī)硼阻燃劑主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。

1.無(wú)機(jī)硼阻燃劑

無(wú)機(jī)硼系阻燃劑以硼酸、硼砂和硼酸鹽為主，該系阻燃劑可明顯提高材料的耐火、阻燃和抑煙性能，使其燃燒時(shí)較少散發(fā)出有毒、有害氣體。無(wú)機(jī)硼系阻燃劑（硼酸、硼砂等）由于具有原料來(lái)源廣泛、抑煙性、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)成為重要的阻燃劑之一。無(wú)機(jī)硼酸鹽系列阻燃劑有偏硼酸鋇、氟硼酸銨、偏硼酸、鈉、五硼酸銨、偏硼酸銨、硼酸鋅等，硼酸鋅是目前應(yīng)用廣泛的無(wú)機(jī)硼系阻燃劑之一，硼酸鋅由硼砂或硼酸合成而得，同時(shí)具有阻燃、抑煙、成炭、抑制陰燃和防止熔滴等多種功能，廣泛用于纖維織物、聚酰胺、尼龍、聚氯乙烯中作阻燃劑。硼酸鋅可單獨(dú)作阻燃劑，也常與溴系阻燃劑、氫氧化鋁、氫氧化鎂以及膨脹阻燃劑協(xié)同阻燃，代替有毒的三氧化二銻。

2.有機(jī)硼阻燃劑

有機(jī)硼阻燃劑主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。有機(jī)硼系阻燃劑主要在凝聚相中起到阻燃的作用。在熱裂解時(shí)會(huì)形成玻璃狀的熔融覆蓋物，覆蓋在聚合物表面隔絕熱量和空氣。有機(jī)硼系阻燃劑可促進(jìn)材料的炭化，生成具有較好熱穩(wěn)定性的炭層。有機(jī)硼在燃燒時(shí)會(huì)生成硼酸酐或者硼酸，生成的硼酸可與含羥基的化合物反應(yīng)形成B-C結(jié)構(gòu)。芳基硼酸化合物則在受熱時(shí)會(huì)反應(yīng)生成硼氧六環(huán)。多硼酸基的化合物受熱交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步受熱，則會(huì)形成含B-O-C結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定炭層。

五、氮系阻燃劑

氮系阻燃劑是一類在高溫下能夠釋放出氮?dú)饣虬钡葰怏w的化合物，從而稀釋火焰中的氧氣，削弱燃燒反應(yīng)。氮系阻燃劑具有良好的阻燃性能和煙霧抑制效果，廣泛應(yīng)用于塑料、紡織品、涂料等領(lǐng)域。目前含氮阻燃劑主要包括3大類：三聚氰胺、雙氰胺、胍鹽(碳酸胍、磷酸胍、縮合磷酸胍和氨基磺酸胍)及它們的衍生物。

1.三聚氰胺

三聚氰胺常用于制造膨脹型防火涂料中的發(fā)泡成分，其發(fā)泡效果好，成炭致密。除單獨(dú)作阻燃劑外，常用的阻燃品種是與酸反應(yīng)產(chǎn)生的衍生鹽，廣泛用于PE、PP以及PVC塑料等熱塑性、熱固性塑料等領(lǐng)域；三聚氰胺與液態(tài)磷酸酯合用，廣泛應(yīng)用于阻燃聚氨酯泡沫材料。

2.雙氰胺

主要用于制造胍鹽阻燃劑，可以代替三聚氰胺，或者與三聚氰胺結(jié)合。歐洲專利報(bào)導(dǎo)雙氰胺等比例混合，添加量5％可使聚酰胺達(dá)到UL94 V一0級(jí)的阻燃效果，且這種阻燃劑對(duì)材料的撕裂強(qiáng)度影響很小。此外，雙氰胺可以制造木材防火膠。

3.胍

胍鹽除了用作藥物、染料中間體外，常用作纖維素基質(zhì)材料的阻燃劑，如木材、紙、紙板等。這類阻燃劑阻燃性能持久，而且吸濕性較無(wú)機(jī)阻燃劑小得多，裝飾性能好，所以廣泛應(yīng)用于制造高檔的裝飾用木材。除此之外，還可以在膨脹型防火涂料中作為發(fā)泡劑的組分。

六、膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑（IFR）是一種環(huán)保的綠色阻燃劑，不含鹵素，也不采用氧化銻為協(xié)同劑，其體系自身具有協(xié)同作用。含膨脹型阻燃劑的塑料在燃燒時(shí)表面會(huì)生成炭質(zhì)泡沫層，起到隔熱、隔氧、抑煙、防滴等功效，具有優(yōu)良的阻燃性能，且低煙、低毒、無(wú)腐蝕性氣體產(chǎn)生，符合未來(lái)阻燃劑的研究開(kāi)發(fā)方向，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外較為活躍的阻燃劑研究領(lǐng)域之一。

1.有機(jī)含磷膨脹型阻燃劑

磷－氮膨脹型阻燃劑是以磷、氮為主要成分的阻燃劑，其發(fā)煙量、有毒氣體的生成量很小，并顯示出良好的阻燃性能，被認(rèn)為是今后阻燃劑的重要發(fā)展方向之一。目前典型且應(yīng)用廣泛的磷－氮系膨脹型阻燃劑是三聚氰胺、APP、PER系統(tǒng)。其中三聚氰胺充當(dāng)氣源，PER是炭源，APP既可作酸源又可作為氣源?；瘜W(xué)膨脹型阻燃體系的阻燃原理如圖2所示。在較低溫度下，先由APP釋放出酸性物質(zhì)，然后在稍高于釋放酸的溫度下，APP和多元醇化合物發(fā)生酯化反應(yīng)，在酯化過(guò)程中，酯化產(chǎn)物脫水成炭，形成炭層，體系開(kāi)始熔融；酯化反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣、氨氣等氣體和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體填充到炭層中去，使體系膨脹發(fā)泡，反應(yīng)接近完成時(shí)，體系炭層固化，最后就形成了多孔泡沫炭層，從而達(dá)到阻燃的目的。

2.無(wú)機(jī)膨脹型石墨阻燃劑

膨脹型石墨(EG)是一種新型的物理無(wú)機(jī)膨脹型阻燃劑。將天然石墨通過(guò)特殊化處理，可形成特殊層間化合物EG，當(dāng)其被加熱時(shí)，可沿C-C軸方向膨脹數(shù)百倍。EG自身可以成炭、發(fā)泡，但一般需要一些酸來(lái)催化使用，人們對(duì)于EG和有機(jī)膨脹阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)作了大量研究，發(fā)現(xiàn)EG與有機(jī)膨脹阻燃劑一起使用能發(fā)揮出很好的阻燃效果。

缺點(diǎn)：

IFR與高聚物相容性差，會(huì)導(dǎo)致高聚物的物理機(jī)械性能、電性能和絕緣性能下降，尤其是拉伸強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度大幅度下降，使得工程上難以應(yīng)用；IFR的吸潮性較大，各組分之間易發(fā)生醇解，導(dǎo)致阻燃高聚物抗水性下降，可能會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不良影響。此外，IFR的相對(duì)分鐘量較低，使材料的熱穩(wěn)定性變差，抗遷移性和相容性也較差，這可能會(huì)導(dǎo)致阻燃產(chǎn)品的物理機(jī)械性能和外觀性能不佳。