淺析阻燃劑的研究及發(fā)展現(xiàn)狀

杜 明，劉 野，徐 鑫

（黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱150040）

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，安全防火成為人們生活中最重要的問(wèn)題之一。因此，阻燃劑的重要性被人們深刻認(rèn)識(shí)到，合理的材料阻燃劑處理成為減少火災(zāi)的重要手段之一。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局曾進(jìn)行多次小型及大型試驗(yàn)，比較了幾種典型塑料制品的阻燃試樣及未阻燃試樣的火災(zāi)危害程度。其試驗(yàn)的結(jié)果是加入阻燃劑的材料燃燒時(shí)的質(zhì)量損失速度明顯降低，為火災(zāi)的救援提供了充分的時(shí)間，并有效的減少了毒氣的排放量等。總之，在很多方面阻燃材料的火災(zāi)安全特性都明顯高于其他未加入阻燃劑的材料，為生活生產(chǎn)提供了可靠保障。

1 聚合物的燃燒機(jī)理

高聚物的燃燒過(guò)程是一個(gè)劇烈的熱氧化過(guò)程，這一復(fù)雜的燃燒過(guò)程可分為以下五個(gè)階段：

（1）加熱階段。這階段是聚合物吸收了外部熱源產(chǎn)生的熱量，聚合物開(kāi)始快速升溫。聚合物的理化特性和其與熱源的接觸面積等因素決定了聚合物的升溫速度。

（2）分解階段。當(dāng)聚合物的溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，其分子的化學(xué)鍵開(kāi)始斷裂，可燃?xì)怏w、固液態(tài)產(chǎn)物和不完全燃燒的煙塵粒子等逐漸開(kāi)始產(chǎn)生。

（3）著火階段。聚合物在分解階段產(chǎn)生的可燃?xì)怏w達(dá)到一定的濃度，且溫度也達(dá)到其燃點(diǎn)與閃點(diǎn)，當(dāng)氧或氧化劑存在足夠數(shù)量時(shí)，可燃?xì)怏w就會(huì)開(kāi)始燃燒。

（4）燃燒階段。燃燒所釋放的能量和活性游離基會(huì)引起一系列的鏈鎖反應(yīng)，燃燒開(kāi)始自動(dòng)傳播與擴(kuò)展起來(lái)，火焰由小變大。

（5）火焰?zhèn)鞑ルA段。在燃燒達(dá)到這一階段時(shí)，材料的表面完全暴露出來(lái)，加快火焰?zhèn)鞑ニ俣取?/p>

2 阻燃機(jī)理

可燃物，著火源和氧化劑是維持燃燒的三個(gè)重要因素。只要其中一個(gè)因素被干擾，就可達(dá)到抑制燃燒的目的。根據(jù)影響燃燒的主要因素，可將阻燃機(jī)理分為凝聚相阻燃及氣相阻燃。但是不同結(jié)構(gòu)的阻燃劑其阻燃機(jī)理也會(huì)有很大區(qū)別，以下按照阻燃元素的種類(lèi)介紹其作用機(jī)理。

2.1 鹵系阻燃劑的阻燃機(jī)理

鹵系阻燃劑的阻燃機(jī)理主要是通過(guò)捕獲自由基，氣相中的鏈支化反應(yīng)被抑制從而實(shí)現(xiàn)阻燃。有學(xué)者研究指出，鹵系阻燃劑還能達(dá)到凝聚相阻燃作用，一些含鹵化合物在高溫會(huì)釋放鹵化氫，凝聚相化合物與鹵化氫發(fā)生環(huán)化縮合反應(yīng)，在材料表面形成保護(hù)層，從而阻止周邊材料的進(jìn)一步氧化裂解。

2.2 鹵—銻協(xié)同效應(yīng)體系的阻燃機(jī)理

三氧化二銻和鹵化物在高溫下會(huì)分解放出的鹵化氫并作用生成SbOCl。在產(chǎn)生這個(gè)表面效應(yīng)時(shí)會(huì)有大量熱量散發(fā)，減緩了燃燒速度。由于在反應(yīng)中形成了交聯(lián)聚合物，使材料的熱穩(wěn)定性得到提高。

2.3 有機(jī)磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理

有機(jī)磷系阻燃劑主要以凝聚相作用為主。磷化物受熱分解生成磷的含氧酸，多羥基化合物在這些酸的作用下脫水炭化，在聚合物表面產(chǎn)生的焦炭層起到了阻燃的作用。

2.4 氫氧化鎂和氫氧化鋁的阻燃機(jī)理

氫氧化鎂和氫氧化鋁的阻燃機(jī)理是氫氧化鋁（鎂）在分解時(shí)需要吸收熱量從而減緩和阻止了燃燒。

2.5 硼酸鹽的阻燃機(jī)理

它是一個(gè)多功能阻燃劑，不但具備了前幾種阻燃劑的阻燃機(jī)理，同時(shí)還具有改善炭層的質(zhì)量的作用，從而實(shí)現(xiàn)了阻燃的目的。

3 阻燃劑的種類(lèi)

3.1 鹵系阻燃劑

它是全球產(chǎn)量最大的有機(jī)阻燃劑之一，主要包括溴系和氯系兩大類(lèi)，常用的有多溴二苯醚、溴代苯酚、四溴雙酚類(lèi)、鹵代鄰苯二甲酸酐類(lèi)、雙環(huán)辛烷、全氯五環(huán)癸烷、綠化石蠟、氯化聚乙烯等，它們的阻燃機(jī)理相同，其中以溴系阻燃劑為主。其中應(yīng)用最廣泛的是溴系阻燃劑—十溴二苯醚。

十溴二苯醚的熱穩(wěn)定性非常良好，溴含量和純度都相當(dāng)高，而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格較低。工業(yè)十溴二苯醚為白色粉末，熔點(diǎn)300～310℃，溴含量83%，密度3.25g每立方厘米。十溴二苯醚阻燃劑可用于聚乙烯、聚丙烯ABS樹(shù)脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等制品中。如果與三氧化二銻同時(shí)使用阻燃效果更為理想。其同類(lèi)產(chǎn)品還有多溴二苯醚、八溴二苯醚、五溴二苯醚等。然而，這種阻燃劑也引發(fā)了問(wèn)題，由于“二噁英問(wèn)題”的發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)溴系阻燃劑的應(yīng)用遇到了很大的沖擊。1986年瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，多苯二苯醚熱裂或燃燒時(shí)，生成有毒的二惡烷，德國(guó)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)也證明了其燃燒會(huì)生成二惡烷。

3.2 有機(jī)磷系阻燃劑

其中包括磷酸酯類(lèi)、含鹵磷酸酯類(lèi)膦酯脂類(lèi)。這類(lèi)阻燃劑屬于添加型阻燃劑，其優(yōu)點(diǎn)是：阻燃效果比溴化物要好，容易與各種有機(jī)物混合，性能穩(wěn)定，價(jià)格較低。

3.3 膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑是一類(lèi)環(huán)保型阻燃劑，近年來(lái)發(fā)展極快，具有很大的市場(chǎng)。它主要活性組分為磷和氮，不含鹵素。一般由酸源、碳源和氣源組成。對(duì)于不同的聚合物，有時(shí)并不需要同時(shí)加入幾種組分，加入其中一種或幾種就可以達(dá)到阻燃的目的。近些年來(lái)，人們正在大力研究單質(zhì)膨脹型阻燃劑，但大多數(shù)仍處于試驗(yàn)階段。

以上是主要的三大類(lèi)阻燃劑，此外還有水溶性阻燃劑，這是一種優(yōu)質(zhì)、高效、無(wú)毒的無(wú)機(jī)阻燃劑，是各種膨脹型防火涂料及阻燃制品必加的防火添加劑。但他們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中主要起輔助作用。

4 阻燃劑的應(yīng)用

由于聚合物的種類(lèi)、用途、使用環(huán)境各不相同，因此對(duì)阻燃劑的要求也不同。為了使聚合物物理機(jī)械性既能不受到影響，同時(shí)又能夠達(dá)到足夠度的阻燃級(jí)別，必須使阻燃劑均勻的分散在基質(zhì)聚合物中。而阻燃劑的質(zhì)量、混合過(guò)程、加工設(shè)備及配方組成是影響阻燃劑分散的重要要素。另外，還必須考慮阻燃劑與其它助劑間的相互作用。

展望未來(lái)，無(wú)鹵、高效、低煙、低毒、多功能的新型阻燃劑，是今后阻燃劑技術(shù)發(fā)展的方向。目前，德國(guó)科學(xué)家已研制出了一種新型的無(wú)鹵磷系阻燃劑，它在聚丙烯加工下穩(wěn)定，不遷移，且具有良好的電氣性能?？傊?，今后的阻燃劑的種類(lèi)將更加完善，功能更加齊全。我國(guó)的阻燃劑事業(yè)也必將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。

[1]馮亞青，王力軍，陳立功，等.助劑化學(xué)及工藝學(xué)[M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

[2]歐育相，李建軍.阻燃劑—性能、制造及應(yīng)用[M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[3]胡玉明，吳兩義.固化劑[M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[4]錢(qián)伯章.我國(guó)塑料助劑發(fā)展現(xiàn)狀[J］.塑料助劑，2003，6∶1～12.

[5]李振平，石志博.我國(guó)增塑劑行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J］.塑料助劑，2003，1∶12～21.

[6]張鐵江.常見(jiàn)阻燃劑的利與弊[J］.煤炭技術(shù),2010，2∶204～206.

[7]曾偉立.聚丙烯用阻燃劑的研究進(jìn)展[J］.中國(guó)塑料,2011，7∶6～10.

[8]丁濤.新型阻燃劑的合成與性能[D］.河南大學(xué),2002.?

[9]徐元清.含溴和含磷阻燃劑的合成與應(yīng)用[D］.河南大學(xué),2003.

[10]方偉.新型無(wú)鹵阻燃劑的合成研究[D］.大慶石油學(xué)院,2005.

[11]張金樹(shù).聚丙烯腈用新型磷氮系阻燃劑的合成、表征及應(yīng)用[D］.天津工業(yè)大學(xué),2006.

[12]閆莉.聚合磷酸酯阻燃劑的合成及阻燃性能研究[D］.大連理工大學(xué),2009.