阻燃劑在高分子材料應用

　　高分子材料性能優異，具有許多其他材料不具備的特性: 如質輕、加工性能好、高流動性易于成型、絕緣性、耐磨性等。但大多數高分子材料是碳氫有機結構，屬于易燃、可燃材料，在燃燒時熱釋放速率大、熱值高、火焰傳播速度快，不易熄滅; 某些材料燃燒時還產生濃煙及有毒氣體，對人類生命安全與環境保護構成潛在的威脅。近年來，全球阻燃材料行業產值逐年增長，同時，各國相繼提升有關材料阻燃的法規，對高分子材料的阻燃性提出更高的要求。

NO.1　高分子復合材料的阻燃機理

　　高分子材料的燃燒遵循燃燒三要素( 可燃物質、助燃物質及著火源）的規律，高分子材料主要為碳氫結構，屬于可燃物。助燃劑在通常情況下為空氣中的氧氣組分，也包括各類氧化劑，高分子材料通常在空氣中使用，與空氣中的氧氣接觸充分，并且高分子材料有時會添加各類氧化劑，這些氧化劑在燃燒過程中會起到助燃劑的作用。著火源為明火與各類高溫場所，高分子材料的起火點普遍較低，某些使用場合易接觸高溫環境，也使得高分子材料易于起火引發火情。

　　高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產物在固相及氣相中的擴散、與空氣混合形成氧化反應場及氣相中的鏈式燃燒反應等一系列環節。因此，當高分子材料受熱能夠使其分解，且分解產生的可燃物達到一定濃度，同時體系被加熱到點燃溫度后，燃燒才能發生。而己被點燃的高分子材料在點燃源穩定后能否繼續燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當燃燒產生的熱量大于或等于燃燒過程各階段所需的總熱量時，燃燒才能繼續，否則將終止或熄滅。

　　物質的燃燒要同時滿足燃燒三要素的條件，那么阻燃就是從相反的方向來控制三要素，只要破壞了其中一個要素條件，燃燒即可終止。為了達到很好的阻燃效果，通常會采用多種阻燃技術，同時控制燃燒的三要素，即降低材料的可燃性、減少助燃劑的濃度及降低燃燒反應的溫度來達到阻止材料燃燒的目的。

NO.2　阻燃劑的分類

　　阻燃劑的分類方法很多，主要分為有鹵和無鹵阻燃劑兩大類。

　　鹵系阻燃劑

　　鹵系阻燃劑主要有溴系阻燃劑和含氯阻燃劑兩個大類，溴系阻燃劑在有機阻燃劑中占統治地位，占有機阻燃劑總量的 80%以上。

　　氯系阻燃劑的種類不如溴系阻燃劑多，主要有，氯化石蠟，氯化聚乙烯及用于不飽和樹脂阻燃劑的四氯鄰苯二甲酸酐等。還有一類大品種的含氯高分子材料 － 聚氯乙烯，本身在分子結構中含有大量的鹵素氯，可以起到很好的阻燃作用。

　　鹵系阻燃劑的使用廣泛，但是目前正受到越來越多的質疑與挑戰，鹵系阻燃對環境的危害正逐漸被人們認識，不僅因為其在燃燒過程會產生大量有毒性煙霧氣體 － 鹵化氫，并且鹵系阻燃劑的使用還在環境沉淀區與生態區中長期存在， 對環境與生態的危害日趨嚴重。因此，歐盟頒布了 ＲOHS 規則，嚴格限制了某些溴系阻燃劑的使用，也迫使制造商不斷地開發高效、無毒無害的阻燃劑產品。

　　有機無鹵阻燃劑

　　有機無鹵阻燃劑主要有有機磷、氮類阻燃劑及有機硅阻燃劑。有機磷化物是添加型阻燃劑，該類阻燃劑燃燒時生成的偏磷酸可形成穩定的多聚體，覆蓋于復合材料表面隔絕氧和可燃物，起到阻燃作用，其阻燃效果優于溴化物，要達到同樣的阻燃效果，溴化物用量為磷化物的 4 ～ 7 倍。該類阻燃劑主要有磷( 膦)酸酯等，廣泛地用于環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS 等。王彥林等在無溶劑條件下，制備了一種聚合型含硫有機磷阻燃劑 PDPTP，利用該阻燃劑所含的磷硫阻燃協同效應，可提高復合材料的阻燃性能。

　　有機氮類阻燃劑以三嗪系阻燃劑為代表，主要組分是三聚氰胺及其衍生物這類阻燃劑有多重反應功能，有優異的熱穩定性，成炭性、相容性及阻燃性，因此應用面也廣，常用的三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸鹽( MCA)、MP、MPP 等。有機硅阻燃性的良好的環境適應性使其在環境友好類材料中獲得了應用，其特點是用有機硅阻燃劑制備的高分子阻燃材料的力學性能優異，耐寒性，耐沖擊都較為突出，并且有機硅阻燃劑與其他阻燃劑的協同效果好，燃燒生成的含硅層參與成炭，有利于提高材料的成炭阻燃效果。

NO.3　高分子阻燃材料的分類

　　有鹵阻燃高分子材料

　　分子結構含鹵素或外加鹵素型阻燃高分子材料在各類電器塑料，汽車塑料領域取得了廣泛的應用。這類材料配方中主要添加了溴系阻燃劑及三氧化二銻協同劑，應用一些新型含溴阻燃劑以規避各類政策法規、降低阻燃劑的用量等成為該類材料開發的主流方向。

　　無鹵阻燃高分子材料

　　與含鹵阻燃高分子材料的情況相反，各類無鹵阻燃、低煙無鹵阻燃高分子材料發展前景看好。但是無鹵阻燃高分子材料有自身的弱點，如阻燃性能不如含鹵阻燃材料，氧指數普遍達不到 30，而含鹵阻燃高分子材料的氧指數普遍超過30，有些阻燃要求高的場合，氧指數的要求甚至達到 40，這類高阻燃的場合目前無鹵阻燃材料應用困難。

　　無鹵阻燃高分子材料目前以氫氧化鎂/鋁填充的為主，少部分應用磷氮類膨脹阻燃體系。氫氧化鎂/鋁填充無鹵阻燃材料目前市場應用于電纜材料，磷氮膨脹阻燃類主要應用在工程塑料行業。

NO.4　結論

　　阻燃高分子材料應用廣泛，尤其是無鹵阻燃材料受政策的導向，市場看好。對無鹵阻燃機理更深入的研究，各類高效阻燃劑的合成開發及材料配方的復配是該類材料的發展方向。