公路瀝青阻燃劑的研究進(jìn)展

路建強(qiáng)，杜傲偉，曹學(xué)兵

（中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)寧夏工程有限公司，寧夏銀川 750001）

交通運輸業(yè)是影響一個國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的關(guān)鍵因素。截至2019年，全國公路隧道共19 067處，全長約1.9萬km[1]。目前，隧道路面使用的材料主要以溫拌瀝青混合料為主，而瀝青是一種易燃物，當(dāng)瀝青路面著火時，瀝青黏合劑會劇烈燃燒，溫度會在短時間內(nèi)急劇上升，導(dǎo)致連續(xù)燃燒。因此，抑制瀝青路面的燃燒對于安全風(fēng)險管理具有重要意義。近年來，將阻燃劑作為抑制燃燒的材料用于瀝青路面的方案被廣泛實施，其本質(zhì)是防止易燃材料燃燒并阻止火焰?zhèn)鞑ァ＠硐氲淖枞紕?yīng)滿足以下要求[2-3]：①高效的阻燃性和滅火能力；②無毒或低毒、低煙，燃燒時不會產(chǎn)生有毒氣體和大量粉塵；③良好的熱穩(wěn)定性，可以提高瀝青混合料的燃燒溫度；④與瀝青有良好的物理相容性，不會影響瀝青路面的路用性能；⑤使用壽命穩(wěn)定；⑥操作簡單，成本低。目前，阻燃劑的使用已經(jīng)成為隧道路面建設(shè)中不可缺少的一部分，但阻燃劑種類繁多，并且不同的阻燃劑有著不同的優(yōu)缺點。首先，阻燃劑可分為鹵系阻燃劑和無鹵阻燃劑。鹵系阻燃劑雖然在用量較少的情況下，可以起到較好的阻燃效果，且對瀝青的路用性能影響也較小，但該類物質(zhì)受熱后會產(chǎn)生腐蝕性氣體和致癌物，已被國家明令禁用。而無鹵阻燃劑滿足理想阻燃劑的大部分要求，有著高效、價廉、安全、環(huán)保等優(yōu)點，在公路瀝青路面中被廣泛應(yīng)用，完全可以取代鹵系阻燃劑，因此對無鹵阻燃劑的研究成為公路瀝青阻燃劑發(fā)展的方向。無鹵阻燃劑主要分為磷系阻燃劑、金屬氫氧化物阻燃劑、納米阻燃劑及膨脹型阻燃劑等。本文主要針對無鹵阻燃劑的種類、機(jī)理及最新發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并提出發(fā)展趨勢。

1 磷系阻燃劑

磷系阻燃劑作為一種無煙、低毒、高效的阻燃劑，是繼鹵系阻燃劑之后，又一種被廣泛應(yīng)用于公路隧道建設(shè)的材料。

1.1 磷系阻燃劑的分類

磷系阻燃劑分為無機(jī)磷系阻燃劑和有機(jī)磷系阻燃劑[2]。

1.1.1 無機(jī)磷系阻燃劑 無機(jī)磷系阻燃劑包括紅磷、聚磷酸銨等，在高溫下會熱分解出磷酸、偏磷酸和水等附著于材料表面，成晶體狀，達(dá)到阻燃的效果[4]。該類阻燃劑施工操作簡單，可以與其他阻燃劑復(fù)配使用，但其防水性較差，與聚烯烴的相容性也較差。為改善這些問題，將各種磷系阻燃劑進(jìn)行表面改性或與其他阻燃劑復(fù)配使用已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。紅磷作為阻燃劑使用時，有較好的抑煙、阻燃、無毒等效果，受熱分解后與水結(jié)合被氧化為磷酸或偏磷酸，此時材料表面快速脫水碳化形成保護(hù)層，可以起到隔熱、阻止氣體交換的作用，達(dá)到阻燃效果，但紅磷的熱分解溫度較低，需對其進(jìn)行表面微膠囊化改性才能具有實際應(yīng)用價值[4-5]。微膠囊化是使用物理或化學(xué)等方法在紅磷表面包覆一層連接緊密的、有強(qiáng)度的天然或合成高分子材料制成的膜，將紅磷與外界隔絕，當(dāng)外層材料燃燒時，內(nèi)部的紅磷破囊而出，發(fā)揮阻燃作用[6-7]。根據(jù)包覆紅磷的膠囊材料可將其分為無機(jī)包覆、有機(jī)包覆和無機(jī)-有機(jī)雙層復(fù)合包覆[8]。聚磷酸銨是一種無毒無味、性能優(yōu)良的無鹵阻燃劑，其結(jié)構(gòu)中含有較多的P—N鍵，增加了阻燃劑的熱穩(wěn)定性[4，9]，同時價格低廉、安全性好，可以與其他阻燃劑復(fù)合使用。但是，聚磷酸銨的吸濕性較強(qiáng)，在高溫、潮濕的環(huán)境下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，影響阻燃劑的正常使用[10]。為使聚磷酸銨更具有實用價值，通過包覆、活化處理來提高其抗水性，使其在燃燒環(huán)境中可以發(fā)揮較好的阻燃效果[11]。

1.1.2 有機(jī)磷系阻燃劑 有機(jī)磷系阻燃劑主要包括磷酸酯類阻燃劑、聚合型磷系阻燃劑和有機(jī)磷酸鹽等，多數(shù)為添加型阻燃劑。該類阻燃劑不僅可以克服鹵系阻燃劑燃燒煙霧大、揮發(fā)有毒和腐蝕性氣體的缺陷，同時又改善了無機(jī)阻燃劑用量大、影響材料物理機(jī)械性能等缺點，可以達(dá)到阻燃、低煙、低毒和增塑的效果。因此，該類阻燃材料在應(yīng)用中占據(jù)重要地位[12-13]。磷酸酯由于穩(wěn)定性好、價格低廉和資源豐富被廣泛應(yīng)用于阻燃劑，并且在凝固相和氣相中都可以起到阻燃作用，促進(jìn)了有機(jī)磷阻燃劑的發(fā)展[13-14]。磷酸酯類阻燃劑主要包括磷酸酯阻燃劑、含氮磷酸酯阻燃劑和含鹵磷酸酯阻燃劑等。由于含鹵阻燃劑燃燒后會產(chǎn)生有毒、有害揮發(fā)物，近年來已經(jīng)較少使用[14]。聚合型磷系阻燃劑具有阻燃、抗氧化、增塑等作用，并且其結(jié)構(gòu)中的P—N、P—O—C、P—C鍵增加了阻燃劑的熱穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性[12，15]。目前，研究最多的是聚磷酸酯類聚合型阻燃劑。有機(jī)磷酸鹽的結(jié)構(gòu)式為R4Px，可以作為反應(yīng)型阻燃劑，由于其在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生氯甲醚等致癌物質(zhì)，近年來很少使用[13]。

1.2 磷系阻燃劑的作用機(jī)理

磷系阻燃劑在公路瀝青路面中的阻燃機(jī)理可以分為氣相阻燃機(jī)理和固相阻燃機(jī)理。從物理角度觀察，當(dāng)瀝青路面燃燒時，磷系阻燃劑在高溫下會分解出不燃或難燃?xì)怏w，稀釋燃燒區(qū)可燃?xì)怏w的濃度，減小燃燒概率[16-17]。從化學(xué)角度出發(fā)，在瀝青燃燒過程中磷系阻燃劑受熱分解釋放出PO·、PO2、HPO和HPO2等磷的含氧酸，與有利于燃燒的H·和OH·等物質(zhì)反應(yīng)，使其脫水、碳化后覆蓋于瀝青表面，防止瀝青繼續(xù)燃燒，與此同時還可以吸收燃燒產(chǎn)生的熱量，減少火焰與瀝青之間的熱傳導(dǎo)。反應(yīng)過程如下[18-19]：

1.3 磷系阻燃劑的發(fā)展現(xiàn)狀

磷系阻燃劑的使用范圍較廣，并且在環(huán)氧樹脂、棉花等聚合物阻燃的應(yīng)用中有著良好的效果，因此，學(xué)者們逐漸將磷系阻燃劑應(yīng)用到瀝青路面阻燃的研究中，并取得了較好的效果。

C.Cheng等[20]使用殼聚糖（CH）和殼聚糖/木質(zhì)素磺酸鹽復(fù)合材料（CH/LS）作為微膠囊紅磷（MRP）的殼材料，將制備好的紅磷（RP）、MRP（RP/CH和RP/CH/LS）作為阻燃劑進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和熱分解性能測試。結(jié)果表明：在氧指數(shù)、UL94垂直燃燒和錐形量熱儀試驗中，含有7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）RP/CH/LS阻燃劑的環(huán)氧樹脂，極限氧指數(shù)（LOI）為30.6%，通過了UL94 V-0等級，放熱率降低了59.7%；拉伸應(yīng)變測試和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察結(jié)果表明，微膠囊化還增強(qiáng)了RP與有機(jī)基質(zhì)之間的界面相容性。結(jié)果證明：RP/CH/LS可以使環(huán)氧樹脂在不添加任何其他增效劑的情況下，具有良好的阻燃性能。S.Tang等[21]將三烯丙基異氰脲酸酯（TAIC）和磷菲（DOPO）混合發(fā)生加成反應(yīng)，合成了一種磷酸菲和三嗪三酮基阻燃劑（TAD），并通過氧指數(shù)、UL94試驗等分析阻燃劑的分子結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性變化。結(jié)果表明，TAD降低了環(huán)氧樹脂的熱釋放量、熱釋放速率和有效燃燒熱等，LOI值和UL-94等級明顯提高。通過分析TAD的熱解路線可知，磷酸基主要起滅火作用，三嗪-三酮基起氣體稀釋作用，二者協(xié)同作用有明顯的阻燃效果。D.Shen等[22]使用三聚氰胺（MA）與二苯并次磷酸（DOPA）反應(yīng)生成三聚氰胺-有機(jī)磷酸鹽（MDOP）阻燃劑，通過熱重法（TG）、UL94垂直燃燒、氧指數(shù)和錐形量熱儀試驗對其進(jìn)行熱穩(wěn)定性和阻燃性綜合評價。結(jié)果表明，加入一定量MDOP可以使環(huán)氧樹脂的熱釋放速率、總熱釋放量、總產(chǎn)煙量和火勢大小均降低，UL94試驗達(dá)到V-0等級，最大LOI值為38%，與此同時，MDOP在固相和氣相中都具有阻燃作用。Z.M.Zhu等[23]將苯基磷酸（PPOA）和三聚氰胺（MA）中和制備三聚氰胺苯基磷酸鹽（MAPPO），這是一種新型磷-氮阻燃劑。通過傅里葉變換紅外（FT-IR）光譜、元素分析（EA）和核磁共振（NMR）對MAPPO進(jìn)行檢測，分析其化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時采用氧指數(shù)、UL94垂直燃燒和錐形量熱儀試驗研究MAPPO對環(huán)氧樹脂的阻燃效果和燃燒性能。檢測結(jié)果顯示：加入MAPPO的環(huán)氧樹脂LOI值最高達(dá)33%，UL94試驗達(dá)V-0級；在錐形量熱儀試驗中，與不摻阻燃劑的環(huán)氧樹脂相比，改性后環(huán)氧樹脂的最高熱釋放速率、總釋放熱、最大產(chǎn)煙速率及總產(chǎn)煙量分別降低了58.7%，40.0%，49.0%，61.6%。通過對MAPPO揮發(fā)性熱解產(chǎn)物的分析可知，MAPPO主要分解產(chǎn)物為CO2，NH3，H2O等，在燃燒過程中可以稀釋燃料氣體和氧氣的濃度。P.X.Tian等[24]在溫和、無溶劑條件下使用3-氨基丙基乙氧基硅烷、磷酸、尿素和甲醛制備丙基硅醇亞甲基磷酸酯（AASMP）阻燃劑，通過SEM、FT-IR和X射線衍射（XRD）對處理后的棉花表形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，利用氧指數(shù)法、錐形量熱儀法及熱重法（TG）檢測改性后棉花的阻燃性和燃燒特性，發(fā)現(xiàn)AASMP的加入使棉花具有較好的阻燃性和熱穩(wěn)定性。

劉文娟等[9]利用4因素3水平正交試驗，將不同比例的氫氧化鎂（MH）、硼酸鋅、聚磷酸銨及鈦酸酯混合制成無機(jī)復(fù)合型阻燃劑，并通過氧指數(shù)法、熱重法、差示掃描量熱法（DSC）檢測阻燃改性瀝青的熱穩(wěn)定性、總釋放熱量和煙密度等，分析SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）阻燃改性瀝青路用性能的變化，最終確定該復(fù)合型阻燃劑的最佳使用條件及阻燃效果。Y.P.Sheng等[25]使用膨脹石墨（EG）、氫氧化鎂（MH）、氫氧化鈣（CH）和聚磷酸銨（APP）合成的復(fù)合型阻燃材料（FRC），聯(lián)合硅烷偶聯(lián)劑合成轉(zhuǎn)化為一種高性能的復(fù)合型阻燃劑FRC-Si，通過正交試驗研究了加入該阻燃劑后瀝青燃燒過程中有效吸收熱量的變化，以及FRC-Si對SBS瀝青黏結(jié)劑的流變學(xué)性能和燃燒性能的影響，并采用錐形量熱儀檢測SBS、FRC和FRC-Si瀝青混合料的阻燃性能。結(jié)果表明：FRC-Si可以減少瀝青燃燒釋放熱量和CO釋放量，是一種有效的隧道瀝青路面阻燃劑。

2 金屬氫氧化物阻燃劑

2.1 金屬氫氧化物阻燃劑的分類

金屬氫氧化物阻燃劑是一種無機(jī)金屬阻燃劑。通常，由于無機(jī)填料可以改變?yōu)r青的黏度、導(dǎo)熱性和熱物理性質(zhì)等，在一定程度上影響聚合物的阻燃性，氫氧化鋁、氫氧化鎂及氫氧化鈣等就是最常見的無機(jī)金屬氫氧化物，屬于填充型阻燃劑，均為無毒、無害、無污染物質(zhì)[26-27]。

2.2 金屬氫氧化物的作用機(jī)理

氫氧化鋁和氫氧化鎂作為主要的無機(jī)阻燃材料，其作用機(jī)理為在燃燒過程中受熱分解釋放出水蒸氣，吸收從火焰?zhèn)鬟f到瀝青的熱量，降低瀝青熱解概率，其熱解溫度分別為320℃和220℃，分解過程中吸收的熱量分別可以達(dá)到1 316 kJ/kg和1050 kJ/kg[28-29]。同時，水蒸氣可以稀釋可燃?xì)怏w的濃度，同時反應(yīng)生成的產(chǎn)物附著在瀝青表面作為阻隔層起到隔熱、隔氧、阻燃的作用，反應(yīng)方程式如下[30-32]：

目前，氫氧化鋁和氫氧化鎂作為阻燃劑的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，但也存在添加量較大才能起到阻燃作用的缺點，并且此類阻燃劑屬于無機(jī)化合物，與高分子材料的相容性差，會導(dǎo)致瀝青的力學(xué)性能大大降低。為解決這個問題，一般對其進(jìn)行表面改性處理，提高極限氧指數(shù)，降低熱釋放速率和熱釋放總量，使瀝青具有較好的阻燃性能[28，32]。

2.3 金屬氫氧化物的發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，金屬氫氧化物阻燃劑的使用逐漸傾向于與其他阻燃材料協(xié)同生成納米型復(fù)合阻燃劑或膨脹型復(fù)合阻燃劑，其在道路瀝青領(lǐng)域的應(yīng)用最廣泛。

K.Wu等[31]采用共沉淀法制備了一種新型環(huán)保的木質(zhì)素磺酸鈉（SLS）改性層狀雙氫氧化物（LDH）阻燃劑（LDH-LS），將其與聚丙烯（PP）基體熔融共混制備復(fù)合材料（PP/LDH-LS）。通過XRD、FT-IR和X射線光電子能譜（XPS）分析表明，SLS吸附在LDH納米片表面，成功地對LDH進(jìn)行了改性，水接觸角（WCA）、SEM及錐形量熱儀試驗證明，PP/LDH-LS復(fù)合型材料的疏水性、熱穩(wěn)定性明顯改善。

B.Wu等[33]運用氧指數(shù)法探究不同金屬氫氧化物阻燃劑在瀝青中的燃燒性能，并通過熱重法研究了氫氧化物的阻燃機(jī)理。結(jié)果表明：氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁3種阻燃劑分別與瀝青混合后都有一定的阻燃效果，但不同的氫氧化物具有不同的分解過程和熱解溫度，其中氫氧化鋁的熱解溫度最高、阻燃性能最好，氫氧化鎂、氫氧化鈣次之。熊劍平等[34]將十溴二苯乙烷（DBDPE）、三氧化二銻（Sb2O3）、氫氧化鋁（ATH）3種阻燃劑復(fù)配制成DBDPE-Sb2O3和DBDPE-Sb2O3-ATH 2種復(fù)合阻燃劑，并通過TG、微商熱重（DTG）、差熱（DTA）檢測分析阻燃劑在溫拌瀝青中的阻燃機(jī)理。結(jié)果顯示，DBDPE-Sb2O3-ATH阻燃瀝青的初始分解溫度比DBDPE和DBDPE-Sb2O3復(fù)合體系提高了約100℃，殘?zhí)柯蕿?6.5%，具有較好的阻燃效果，但Sasobit溫拌劑摻入后對瀝青的成炭反應(yīng)有抑制作用。李夢林等[35]將不同比例氫氧化鋁（ATH）、氫氧化鎂（MH）和層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）復(fù)配后，選取最佳比例作為阻燃劑用于SBS改性瀝青，并對改性后的瀝青進(jìn)行阻燃性和流變性研究。結(jié)果表明：復(fù)配后的阻燃劑可以在較少的摻量下達(dá)到比ATH，MH，LDHs單獨使用時都好的效果，其LOI值為26%，說明ATH，MH，LDHs之間有著協(xié)同阻燃效應(yīng)，有利于SBS改性瀝青阻燃效果的提升。Z.M.Wan等[36]采用Evotherm路面活性溫拌劑對氫氧化鋁（ATH）進(jìn)行表面改性，研制一種新型無機(jī)溫拌阻燃劑，通過SEM、XRD、FT-IR和TG-DSC等分析表明，Evotherm改性ATH阻燃劑使瀝青表面結(jié)構(gòu)、分散性和熱穩(wěn)定性都顯著改變，LOI值達(dá)27.8%。與單獨摻入ATH相比，Evotherm改性ATH是一種路用性能很好的公路瀝青阻燃劑。郭寅川等[37]將氫氧化鋁（ATH）和有機(jī)蒙脫土（OMMT）復(fù)配研制出ATH/OMMT復(fù)合阻燃劑，研究該瀝青阻燃劑的抑煙性能和阻燃性能，并通過XRD、FT-IR、SEM、能譜儀（EDS）等測試手段研究瀝青改性前后微觀結(jié)構(gòu)、碳層結(jié)構(gòu)及元素組成的變化，探究ATH/OMMT復(fù)合阻燃體系的阻燃機(jī)理，發(fā)現(xiàn)ATH/OMMT對瀝青的抑煙、阻燃效果明顯比單獨摻入ATH和OMMT要好，這說明ATH與OMMT間存在良好的協(xié)同效應(yīng)，能夠有效提高瀝青的阻燃性能和抑煙性能。

3 納米阻燃劑

3.1 納米阻燃劑的分類

納米阻燃劑作為一種新型的阻燃體系，其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1～100 nm，有著不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)，使其具有一定的阻燃性能[38]。目前，納米阻燃劑主要分為三類：零維納米材料、一維納米材料和二維納米材料。其中，零維納米材料指在三個維數(shù)上都進(jìn)入納米維度范圍的材料，例如：納米級氫氧化硅、氫氧化鎂、二氧化鈦及富勒烯等；一維納米材料指碳納米管和各種晶須；二維納米材料屬于層狀納米材料，包括蒙脫土、高嶺土、氧化石墨、層狀雙金屬氧化物等[39-40]。

3.2 納米阻燃劑的作用機(jī)理

納米材料阻燃劑受熱時會在氣相和冷凝相之間快速、有效地形成致密的碳層，防止熱交換，促進(jìn)可燃物繼續(xù)燃燒，同時，納米阻燃劑也能夠減少飛沫現(xiàn)象，這對于防止火勢蔓延具有重要意義[41-42]。

3.3 納米阻燃劑的發(fā)展現(xiàn)狀

一直以來，納米型阻燃劑良好的阻燃效果使得它成為道路瀝青阻燃研究中不可缺少的一部分。湯成等[38]通過TG試驗研究了新型納米復(fù)合型阻燃劑（NCFR）對瀝青燃燒性能的抑制作用，然后通過錐形量熱儀試驗研究了NCFR對瀝青混合料燃燒性能的阻燃抑煙性能。結(jié)果表明：該阻燃劑能有效抑制瀝青在氣相和凝聚相中的燃燒反應(yīng)，使得瀝青混合料燃燒后殘焦層更致密、更完整，并且可以有效抑制空氣中的氧與瀝青混合物的接觸。朱凱[40]選用氫氧化鋁（ATH）與微米級氫氧化鈣（HL）和納米蒙脫土（MMT）復(fù)配生成HAM復(fù)合型瀝青阻燃體系，當(dāng)HL、ATH和MMT的摻量分別為12.5%，12.5%，3%時，阻燃瀝青的LOI值為25%。相比純?yōu)r青燃燒，HAM阻燃瀝青的熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都有明顯提升，點燃時間延遲了73 s。結(jié)果證明，HAM納米復(fù)合阻燃劑的路用性能俱佳，且性價比較高。夏文靜[42]選用與瀝青燃燒溫度區(qū)間相符合的鈣鋁型水滑石、聚磷酸銨、微膠囊紅磷和膨脹蛭石4種環(huán)保型納米阻燃劑，將其復(fù)配研制出復(fù)合型納米阻燃劑，考察加入該阻燃劑后公路瀝青燃燒過程中抑煙性能和阻燃性能的變化。結(jié)果表明，該復(fù)合型納米阻燃劑在瀝青燃燒時具有分解吸熱的作用，同時生成較厚的膨脹層，為瀝青提供良好的防火屏障，使得瀝青路面具有抑煙、阻燃的特征。W.J.Xia等[43]介紹了一種由聚磷酸銨（APP）、Ca-Al水滑石（CAHC）、包覆紅磷（CRP）及膨脹蛭石（EV）等納米阻燃劑按比例混合而成的納米復(fù)合型阻燃劑（NCFR），并通過TG和錐形量熱儀試驗獲得燃燒參數(shù)，分析NCFR阻燃劑在瀝青或瀝青混合料中的抑煙和阻燃機(jī)理。結(jié)果證明，瀝青混合料燃燒時，NCFR的存在使其表面形成更加致密、穩(wěn)定的殘?zhí)?，減少了瀝青混合氣燃燒過程中冷凝相和氣相中的煙氣釋放量和質(zhì)量損失率，具有較好的抑煙、阻燃作用，提高了瀝青材料的防火安全性。

4 膨脹型阻燃劑

4.1 膨脹型阻燃劑的分類

膨脹型阻燃劑是一種無鹵復(fù)合型阻燃劑，具有自身協(xié)同效應(yīng)，屬于高效、低毒的環(huán)保型阻燃材料，主要分為磷-氮系膨脹型阻燃劑和膨脹型石墨阻燃劑[26，44]。

4.2 膨脹型阻燃劑的作用機(jī)理

膨脹型阻燃劑不是單一的阻燃劑，其主要由脫水劑、碳化劑和發(fā)泡劑組成，在燃燒過程中，脫水劑受熱使碳化劑脫水成碳，附著于瀝青表面，將其與燃燒區(qū)隔離，起到隔絕氧氣和熱量、抑煙、阻燃的作用[44-45]。磷-氮系膨脹型阻燃劑是以磷、氮為主要成分的阻燃劑，當(dāng)燃燒時，阻燃系統(tǒng)中的磷元素與氮、碳元素反應(yīng)生成抑燃?xì)怏w，起到降低可燃?xì)怏w濃度的作用，具有良好的阻燃性[16，44]。膨脹型石墨阻燃劑是一種新型無機(jī)阻燃劑，具有碳化、發(fā)泡作用，高溫時，石墨迅速膨脹，生成膨脹材料附著于瀝青表面，起到隔熱、隔氧作用，同時釋放出一些酸根離子促進(jìn)其碳化效果[45-46]。

4.3 膨脹型阻燃劑的發(fā)展現(xiàn)狀

膨脹型阻燃劑由含磷、氮或氫氧化物等有阻燃作用的物質(zhì)復(fù)合而成，因此應(yīng)用領(lǐng)域會更加廣泛。P.K.Huang等[47]經(jīng)考察認(rèn)為聚丙烯（PP）/膨脹型阻燃劑（IFR）復(fù)合體系具有良好的阻燃性能和力學(xué)性能，但由于PP與IFR之間存在極性相反、相容性差等問題，嚴(yán)重影響了膨脹型阻燃劑的技術(shù)開發(fā)。因此，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合超臨界CO2（scCO2）發(fā)泡技術(shù)，可以有效改善這一問題，制造更均勻分散的PP/IFR復(fù)合材料，并且通過其泡沫膨脹率的提高，PP/IFR復(fù)合材料的泡沫拉伸力更強(qiáng)，分散性更好，大大提高了PP/IFR膨脹型阻燃劑的阻燃性能和力學(xué)性能。J.C.Liu等[48]研制出一種高抗沖聚苯乙烯（HIPS）/膨脹型石墨（EG）/微膠囊紅磷（MRP）復(fù)合阻燃劑，通過對該阻燃體系的阻燃機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，由于磷酸及其衍生物的協(xié)同作用，使得同等條件下HIPS/EG/MRP復(fù)合體系生成的膨脹型炭比HIPS/EG體系生成的炭更加致密、連續(xù)，并且HIPS/EG/MRP復(fù)合體系生成的膨脹型炭具有更強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和熱氧化效果，能有效隔絕氧氣并抵抗燃燒時產(chǎn)生的熱量，進(jìn)一步提高防火安全性。

凌天清等[49]使用聚磷酸銨（APP）、季戊四醇（PER）和三聚氰胺（MA）與氮、磷協(xié)同組合生成新型無鹵膨脹型阻燃劑，將其應(yīng)用于SBS改性瀝青中，并采用極限氧指數(shù)、協(xié)同效率和阻燃價值3項指標(biāo)來評價阻燃劑的阻燃效果，確定該膨脹型阻燃劑的最佳復(fù)配比。當(dāng)APP，PER，MA的復(fù)配比為2%，0%，5%時，LOI值為34.3%，協(xié)同效率為3.58，阻燃價值為2.44。朱志成等[50]采用氧指數(shù)法檢測膨脹型阻燃劑（IFR）、膨脹型石墨（EG）及兩者協(xié)同體系（IFR-EG）在瀝青中的阻燃效果，并通過SEM分析其阻燃機(jī)理。結(jié)果表明，EG-IFR復(fù)配體系在阻燃瀝青中的LOI值明顯增大，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，燃燒后瀝青表面形成膨脹多孔均質(zhì)碳層。齊宏生[51]認(rèn)為傳統(tǒng)的IFR存在吸水率大、遷移率大、與基體相容性差等問題，因此通過親核取代反應(yīng)將季戊四醇（PER）、三氯氧磷（POCl3）、三聚氯氰（CC）等混合生成一種名為“聚（螺環(huán)季戊四醇磷酸鹽-1，3，5-三嗪-O-雙環(huán)季戊四醇磷酸酯）”的新型單組分膨脹型阻燃劑，簡稱“PSTBP”；并通過氧指數(shù)、TG和FT-IR等結(jié)果可知，PSTBP具有優(yōu)異的耐水性能和熱分解性能。

5 結(jié)語

隨著公路隧道在全國范圍內(nèi)的大規(guī)模建設(shè)和人們對環(huán)保、安全性的重視，使用單獨的阻燃劑已經(jīng)無法滿足瀝青路面阻燃性的要求，因此，對某一阻燃劑進(jìn)行表面改性或使用幾種無鹵阻燃劑進(jìn)行高效復(fù)配已經(jīng)成為改性瀝青阻燃劑的研究熱點。