磷氮金屬阻燃劑的制備及其應用分析

韓子華

（山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學院，山東 濰坊 261061）

當前，為了提高阻燃聚合物的穩(wěn)定性，通過共聚等方式在聚合物中適當添加了無機，或者是機阻燃劑。但是，由于無機阻燃劑本身的阻燃效率低，要想達到最為理想的阻燃效果，需要對其進行大量使用。為了彌補無機阻燃劑缺點的不足，還要優(yōu)化磷氮金屬阻燃劑制備的流程，降低其對人體和周圍環(huán)境的影響。

1 磷氮金屬阻燃劑的發(fā)展

新時期，人們的安全環(huán)保意識越來越高，以前的阻燃劑以及阻燃技術已經(jīng)不能滿足人們的要求了，需要對其進行創(chuàng)新。含磷阻燃劑由于本身具有低毒和環(huán)保等特點，所以其在阻燃科學領域已經(jīng)得到了綜合研究，受到了越來越多學者的青睞。然而，傳統(tǒng)的含磷阻燃劑的制備以及阻燃效率并不高，如果不對其進行有效處理，就會對周圍的生活環(huán)境帶來影響[1]。

因此，在此背景下，需要開發(fā)新型高效環(huán)保的含磷阻燃劑。聚乳酸作為一種生物基的高分子材料，其本身不僅具有非常好的生物可降解性，還具有比較好的物理機械性能，所以其在電子電器等領域有著非常多的應用機遇。然而，PLA自身的阻燃性能，并不能滿足其他終端產(chǎn)品的效果，限制了其發(fā)展范圍。這就需要積極開發(fā)高效和環(huán)保的PLA阻燃復合材料，通過對磷氮金屬阻燃劑制備流程的完善，加強對含磷阻燃劑的開發(fā)，對此材料的化學結構進行分析。

技術人員還要研究此阻燃劑的合成機理，可以通過復配和混料的設計，對新型的阻燃PLA和聚乳酸等生物基材料進行制備，進而獲得高分子材料。同時，實現(xiàn)對磷氮金屬阻燃劑地有效制備，還能夠讓其在不同領域中有效應用，豐富其功能。在此過程中，還要將生物基材料應用到阻燃領域，為我國阻燃劑的發(fā)展提供一個新方向。同時，促進生物基材料和阻燃元素之間的有效結合，還能保證生物基阻燃劑制備的有效性，更好地改善以往的阻燃劑性能，不斷減少對資源的負擔，降低其中的成本。此外，實現(xiàn)對磷氮金屬阻燃劑的有效制備，還可以提高阻燃劑的可持續(xù)性，避免對周圍環(huán)境帶來影響，為我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供條件。

2 磷氮金屬阻燃劑的制備內(nèi)容

磷氮金屬阻燃劑主要在車輛和家具等領域得到了有效應用，并且這類材料本身的性能是比較高。但是，由于其屬于易燃品，如果其一旦引燃，就非常難以及時撲滅。這就需要技術人員對磷氮金屬阻燃劑進行制備，通過對重點流程的優(yōu)化，將阻燃元素磷和鹵素等內(nèi)容，還可以通過化學鍵的方式將其引入到多元醇中，讓聚氨酯泡沫材料本身具有永久的阻燃性，減少對周圍環(huán)境的影響。

磷氮金屬阻燃劑由于本身的毒性小，對環(huán)境所帶來地污染也比較小，所以其在阻燃領域的發(fā)展中已經(jīng)得到了有效應用。在對這種阻燃的機理進行分析時，發(fā)現(xiàn)具體內(nèi)容如下：磷氮金屬阻燃劑的會受熱分解，然后放出氮氣和氮氧化物等不燃性的氣體，這種不燃性氣體的生成會帶走比較多的熱量，這會降低聚合物本身的表面溫度。

再加上，不燃性的氣體還會對高聚物的受熱分解帶來影響。再加上，磷氮金屬阻燃劑單獨添加的過程中，需要的添加量比較大，這會對基體機械性能帶來非常多的影響。因此，在對磷系阻燃劑進行制備時，可以利用磷-氮的協(xié)同效應，優(yōu)化制備流程，明確具體的制備步驟。

（1）在室溫下，操作人員要將不同的原料完全溶解到有機溶劑中，然后合理應用磁力攪拌均勻，等到溫度上升到25℃到100℃下，讓其反應2到24h。在此過程中，還需要保持當前的反應溫度，將其他的原料加入到反應瓶中，等到其完全溶解后，需要在25℃～100℃下，讓其繼續(xù)反應4到24h。

等到上述反應結束以后，需要利用旋轉的蒸發(fā)作用除去溶劑，可以應用堿性溶液對其進行洗滌，大約3次后，要繼續(xù)應用離子水對其進行3次洗滌，等到其干燥后，就會得到最終產(chǎn)物。在此過程中，操作人員需要控制升溫反應溫度控制在25℃到80℃，并且還要控制其時間在2到12h之間[2]。

注意對原料苯甲醛、對苯二甲醛、香草醛、茴香醛和原兒茶醛等內(nèi)容的有效應用。要想保證磷氮金屬阻燃劑制備的有效性，需要優(yōu)選甲基香蘭素、茴香醛、葡萄糖、甲基水楊醛和糠醛等生物基醛類原料。在此過程中，所應用的有機溶劑主要為乙醇、1,4-二氧六環(huán)和乙酸乙酯中，經(jīng)常應用低毒的有機溶劑為乙醇，這種材料在磷氮金屬阻燃劑制備中的有效應用，不僅可以提高制備效果，還能降低材料本身的毒性。

（2）阻燃環(huán)氧樹脂的制備。在對此阻燃劑進行制備時，需要在室溫下，將其中的環(huán)氧樹脂單體和固化劑完全溶解，在溶解完成后，要在30℃～90℃下，的脫除溶劑，控制時間為0.5h～4h。同時，還要分別在120℃和140℃下對其進行固化，等到自然冷卻后，才可以獲得阻燃環(huán)氧樹脂，強化其本身的性能[3]。

在對有機溶劑進行選擇時，需要分析二氯甲烷、乙醇、甲醇和甲苯等材料，在其中優(yōu)選出現(xiàn)丙酮和乙腈等毒性比較低的溶劑，然后在40℃到80℃下脫除溶劑0.5到的2h，并且還需要注意不同溫度下的固化時間，進而保證磷氮金屬阻燃劑制備的有效性。

（3）注意聚乳酸阻燃復合材料的制備流程。在此過程中，需要注意重量比的原料組成，聚乳酸中有 85%到98%的磷-氮系生物基阻燃劑，大約有3%到15%的實驗中，對磷-氮系生物基阻燃劑的制備進行了分析，發(fā)現(xiàn)其在常溫下為固態(tài)，并且其在加工過程中還具有熔融特性和良好的加工性能。

在對磷-氮系生物基阻燃劑的特點進行深入分析時，發(fā)現(xiàn)其還具有非常良好的阻燃性能，在較低的含量下，不僅能夠顯著改的善聚乳酸本身的阻燃性能，還不會對復合材料等帶來影響。但是，操作人員需要注意對繼續(xù)反應溫度的控制，主要將其控制在25℃到80℃，反應時間要控制在4到12h。在對原料進行選擇時，一般為亞磷酸二苯酯、亞磷酸二甲酯和亞磷酸等含磷化合物，其中所應用的堿性溶液為大約為0.5%到15%的碳酸鈉和碳酸鉀等溶液。同時，在此過程中，還要注意控制不同原材料的質量比。

由此可見，磷-氮系生物基阻燃劑的合成工藝是比較簡便的，具有低毒和高效等特點。同時，此工藝還可以實現(xiàn)對溶劑的回收和循環(huán)使用，不斷降低有機合成過程中的廢水廢液產(chǎn)生，降低對實驗設備的危害。經(jīng)過制備的磷氮金屬阻燃劑，本身的產(chǎn)率和純度不僅得到了有效提高，并且其在高溫下還具備一定的可反應性，其在不同的聚合物材料中，具有非常好的阻燃效果[4]。

在此制備過程中，大部分操作人員都采用了生物基原料，這種材料不僅可以降低磷氮金屬阻燃劑在制備中的碳排放量，還能夠減少此阻燃劑對環(huán)境的應用，加強了對資源地充分應用。因此，在新時期，技術人員要對磷氮金屬阻燃劑的制備流程進行分析，通過對此部分內(nèi)容的優(yōu)化，保證阻燃效率，不斷降低阻燃劑成本，為工業(yè)的發(fā)展提供新型和環(huán)保的磷-氮系生物基阻燃劑。再加上，這種阻燃劑屬于廣譜阻燃劑，能夠在聚乙烯和尼龍(PA)等常見的聚合物材料中有效應用，進而保證制備的有效性和科學性。

3 磷氮金屬阻燃劑的應用和發(fā)展

當前，我國的高分子材料阻燃已經(jīng)得到了創(chuàng)新，其已經(jīng)趨向于無鹵化。因此，對無鹵阻燃劑的研究已經(jīng)成為了社會發(fā)展的熱點。在2006年，歐盟就已經(jīng)宣布了在電子產(chǎn)品中要停止應用溴系阻燃劑。特別是在高聚物材料在我國各個領域廣泛應用的背景下，阻燃劑的使用范圍也越來越廣，并且對阻燃劑的性能要求也在不斷增高。以前的阻燃化已經(jīng)不能滿足工業(yè)發(fā)展的要求了，需要對材料的其他性能進行綜合分析，如電學性能、光穩(wěn)定性和纖維制品的耐用性等，實現(xiàn)對磷氮金屬阻燃劑地應用[5]。

相關的阻燃工作者在新時期也對阻燃劑的制備以及阻燃體系進行了分析，在協(xié)同效應出發(fā)，給予其足夠的重視。磷系和磷屬于一氮系阻燃劑，具有低煙和低毒性等優(yōu)點，所以這種材料已經(jīng)成為了實現(xiàn)阻燃劑無鹵化發(fā)展的主要內(nèi)容。在對P－N型膨脹阻燃劑進行研究時，還要關注其組成和阻燃的作用，在氮協(xié)效阻燃劑中，加入氮元素，不斷提高熱穩(wěn)定性，然后在此基礎上克服易水解性，不斷降低生煙量等增效作用。但是，磷氮系膨脹型阻燃劑在受熱分解的過程中，會形成焦磷酸的保護膜，然后在此基礎形成泡沫狀的炭層結構。這種結構能夠起到絕熱以及阻氧等作用，進而保證磷氮金屬阻燃劑應用的安全性。

在對膨脹型阻燃體系進行分析時，發(fā)現(xiàn)其一般由酸源和氣源等基本內(nèi)容縮短組成的，一般有混合型和單體型兩種。技術人員對幾類典型單體型的阻燃劑進行分析，通過對成熟磷系的高分子阻燃劑地合理應用，促進我國工業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，減少此材料對周圍環(huán)境的影響[6]。

唐旭等學者對苯膦酰二氯狀態(tài)下的縮聚反應進行了深入研究，在此基礎上獲得了高溶液的聚合分子量，這種材料不僅克服了因為阻燃劑分子量過低所帶來的影響，還彌補了聚酯降解的缺點。此外，還可以通過對磷氮金屬阻燃劑的制備，實現(xiàn)對此類材料的創(chuàng)新。但是，其中的膦酯鍵0＝P－O的熱穩(wěn)定性是比較差的，并且此結構的耐水解性也不是特別好，如果達不到一定的分量， 就會導致在阻燃材料加工的過程中，降低磷氮金屬材料的阻燃性。

當分子量比較低的時候，其在加工溫度下，就會不斷促進聚酯的降解。例如，在以Helml為代表的阻燃劑中，要對聚酯進行分析，發(fā)現(xiàn)其所應用的阻燃劑為苯基膦酸二苯砜酯齊聚物，此類阻燃劑在具體的制備中，阻燃單體會在聚合物主鏈中，以P－p C這種形式有效結合。

在對這種鍵熱穩(wěn)定性進行分析時，發(fā)現(xiàn)其整體的化學穩(wěn)定性比較差，這會導致聚酯的高溫紡絲強度不斷降低，影響了織物的質量。同時，這種材料在染色，或者是洗滌過程中，會出現(xiàn)P－O－C鍵的水解反應，并且阻燃劑的脫落，還會導致其本身的阻燃性不斷降低。這就需要相關的技術人員要對磷氮金屬阻燃劑的制備進行深入分析，進而強化這種材料的綜合性能[7]。

4 結語

總之，磷氮系阻燃劑是當前無鹵阻燃體系中的主要內(nèi)容之一，由于阻燃元素之間的增效以及協(xié)同作用，具有非常好的阻燃作用，所以其在各個領域中得到了有效應用。因此，為了提高磷氮系的膨脹阻燃劑效果，需要優(yōu)化制備流程，加強其在我國合成材料工業(yè)中的有效應用，保證此制品應用的安全性。同時，高分子材料的阻燃化已經(jīng)成為社會發(fā)展中的研究成熱點，需要進一步強化磷氮系阻燃劑的熱穩(wěn)定性， 提高阻燃性能，降低其毒性，完善此部分的研究體系，進而保證阻燃劑在我國工業(yè)發(fā)展的有效性。