無鹵阻燃劑的研究現(xiàn)狀分析

王福兵(浙江萬盛股份有限公司)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，高分子材料越來越廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活之中。由于大部分高分子材料在高溫的環(huán)境下，容易發(fā)生燃燒，而其燃燒的熔融滴落物還可能會點(diǎn)燃其他易燃物，從而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。因此，阻燃型高分子材料阻燃劑的研究成為材料學(xué)研究領(lǐng)域重點(diǎn)，從總體上來看，鹵系阻燃劑由于其在使用時(shí)具有煙霧量大、分解產(chǎn)物毒性大等弊端，正逐步被無鹵阻燃劑所取代。本文主要從金屬氧化物阻燃劑、無鹵膨脹型阻燃劑、有機(jī)硅阻燃劑和無鹵磷系阻燃劑的研究現(xiàn)狀及阻燃機(jī)理進(jìn)行了分析。

1.金屬氧化物阻燃劑

氫氧化鎂和氫氧化鋁在研究和使用的過程中被發(fā)現(xiàn)具有發(fā)煙抑制劑、阻燃劑、填充劑這三重功能。氫氧化鎂和氫氧化鋁都是填充型的無機(jī)阻燃劑，一般要求填充量達(dá)到50%以上才實(shí)現(xiàn)較好的阻燃效果，目前對填充型無機(jī)阻燃劑的處理工藝主要是超細(xì)化、表面改性處理、復(fù)配處理等三種方式。

2.膨脹型阻燃劑

無鹵膨脹型阻燃劑的主要成分是磷元素和氮元素。這種類型的阻燃劑具有較高的阻燃性，優(yōu)勢十分明顯，在使用過程中不會出現(xiàn)熔融物滴落的現(xiàn)象，對于重復(fù)或者長時(shí)間暴露在火焰中具有很好的抵抗性，被稱作是阻燃技術(shù)研究史上的一次革命。

無鹵膨脹型阻燃劑是由三個(gè)部分所組成。第一個(gè)部分是氣源，又被稱作是發(fā)泡源，它可以釋放出惰性氣體，屬于含氮化合物，例如聚磷酸胺、雙氰胺、三聚氰胺和尿素等；第二個(gè)部分是酸源，又被稱作是碳化促進(jìn)劑或者脫水劑，通常是無機(jī)酸化合物或者無機(jī)酸，例如聚磷酸胺、磷酸酯、磷酸銨鹽、硼酸、硫酸以及磷酸等；第三個(gè)部分是碳源，又被稱作是碳劑，主要是含碳量較高的一些碳水化合物或多羥基化合物，例如淀粉和季戊四醇及其三聚體、二聚體等。

無鹵膨脹型阻燃劑通過形成多孔的炭層對高分子材料起到阻燃作用。多孔的炭層同時(shí)能夠阻止因受熱分解所產(chǎn)生的氣體擴(kuò)散，并且阻止外部的氧氣擴(kuò)散到未發(fā)生裂解的高分子材料表面，使燃燒的高分子材料無法得到足夠的熱能和氧氣從而熄滅，這是典型的凝聚相阻燃原理。

3.有機(jī)硅阻燃劑

有機(jī)硅阻燃劑作為一種新型高效的無鹵阻燃劑，具有低毒、防熔滴的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有很高的環(huán)境友好度，是一種成碳型的抑煙劑。有機(jī)硅阻燃劑除了它優(yōu)異的阻燃性能以外，還能夠改善基材的耐熱性能和加工性能。有機(jī)硅阻燃劑發(fā)揮阻燃作用的方法是將有機(jī)硅阻燃劑直接加入到高分子材料之中，或者是將帶官能團(tuán)的聚硅氧烷鏈段加入到聚合物之中。有機(jī)硅阻燃劑發(fā)揮阻燃的功效是通過反應(yīng)生成裂解炭層，并且提高炭層的抗氧化性從而達(dá)到阻燃的目的。高分子材料加入了有機(jī)硅阻燃劑之后，有機(jī)硅阻燃劑會轉(zhuǎn)移到材料表面，從而在材料表面形成了有機(jī)硅阻燃劑的富集層。當(dāng)發(fā)生燃燒時(shí)，就會產(chǎn)生無機(jī)隔熱隔氧的保護(hù)層，這樣既能夠阻止燃燒的分解產(chǎn)物擴(kuò)散到空氣中，還能夠抑制材料的分解，實(shí)現(xiàn)阻燃、抑毒和抑煙的目的。

目前，主要的有機(jī)硅阻燃劑包括聚硅硼氧烷阻燃劑和硅樹脂阻燃劑。聚硅硼氧烷阻燃劑是一種分子上包含B-O-B鍵、Si-O-B鍵以及Si-O-Si鍵的聚合物阻燃劑。當(dāng)聚合物中的硼元素通過化學(xué)鍵的形式與硅氧烷作用形成了共聚物，就實(shí)現(xiàn)了硼和硅在同一個(gè)分子鏈上的協(xié)同阻燃作用。硅樹脂阻燃劑則是以Si-OSi作為主鏈，通過在硅原子上連接有機(jī)基形成交聯(lián)型的半無機(jī)高聚物。當(dāng)硅樹脂分子的側(cè)基為氫鍵或者有機(jī)基時(shí)，則被稱作純硅樹脂。硅樹脂阻燃劑具有良好的電絕緣性、耐熱性和阻燃性，能夠被廣泛地使用。

4.無鹵磷系阻燃劑

磷系阻燃劑是阻燃劑中得一個(gè)重要分類，是一類除了對聚苯乙烯和聚烯烴等以外的聚合物都非常有效的阻燃劑，由于其具有價(jià)廉、持久、熱穩(wěn)定性好、低毒等特點(diǎn)，使之目前得到了廣泛的應(yīng)用。

4.1 無機(jī)磷系阻燃劑。此類阻燃劑包括了紅磷、磷酸銨鹽和聚磷酸銨等。

4.2 磷酸酯系列阻燃劑。磷酸酯系列阻燃劑是有機(jī)磷系阻燃劑的主要系列，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，磷酸酯系列阻燃劑的種類達(dá)到數(shù)百種之多，其中又分可為非鹵磷酸酯和鹵磷酸酯兩大類。它們大多屬于添加型阻燃劑。磷酸酯的品種多，用途廣，但是由于耐熱性差，揮發(fā)性大，相溶性不理想。為此，開發(fā)高分子量的縮聚型磷酸酯成為無鹵磷系阻燃劑發(fā)展之必然。例如，美國Monsanto公司研發(fā)的phosgardzx C-20就屬于非揮發(fā)性阻燃劑。Stauffer公司研發(fā)的Fyrol99具有低揮發(fā)性，耐水耐溶性好等特點(diǎn)，被大量應(yīng)用于熱固性聚合物、纖維和紙張等材料中。

縮聚型磷酸酯是一類很有發(fā)展前途的阻燃劑，由于P-C鍵的存在，也使其化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng)，具有耐水耐溶劑性，因此能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語：無鹵阻燃劑以其出眾的優(yōu)勢特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到高分子材料的制造中，但是為了能夠更好地提高阻燃劑的性能，提高無鹵阻燃劑的阻燃效率，使無鹵阻燃劑在發(fā)揮作用時(shí)，不影響高分子材料的性能，包括電性能以及力學(xué)性能等，相信在各方研究機(jī)構(gòu)的潛心研究下，我們的無鹵阻燃劑將會有一個(gè)更高更好的發(fā)展。

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