阻燃實(shí)現(xiàn)的途徑

　　氣相阻燃機(jī)理。即抑制在燃燒反應(yīng)中起鏈增長(zhǎng)作用的自由性，而發(fā)揮阻燃作用。

　　凝聚相阻燃機(jī)理。它在固相中阻止聚合物的熱分解和阻止聚合物釋放出可燃?xì)怏w的作用。

　　中斷熱交換機(jī)理。即將聚合物物產(chǎn)生的熱量帶走而不反饋到聚合物上，使聚合物不再不斷分解。

　　阻燃劑分類

　　根據(jù)元素種類分為鹵系、有機(jī)磷系及鹵-磷系、氮系、硅系、鋁-鎂系、鉬系等。按阻燃作用分有膨脹型阻燃劑、成炭阻燃劑等。按化學(xué)結(jié)構(gòu)分無機(jī)阻燃劑，有機(jī)阻燃劑，高分子阻燃劑等。按阻燃劑與被阻燃材料的關(guān)系可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑，反應(yīng)型阻燃劑參與高聚物的化學(xué)反應(yīng)。

　　1、鹵系阻燃劑

　　鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機(jī)阻燃劑之一。鹵系阻燃劑主要用于電子和建筑工業(yè)，約50——100種含鹵阻燃劑覆蓋了大多數(shù)的市場(chǎng)需求。

　　鹵素阻燃劑之所以受到人們的重視，主要是鹵系阻燃劑的阻燃效率高，價(jià)格適中，其性能價(jià)格比這一指標(biāo)是其它阻燃劑難以與之相比，加之鹵系阻燃劑的品種多，適用范圍廣，所以受到人們的青睞。但是，鹵素阻燃劑在熱裂解或燃燒時(shí)生成較多的煙和腐蝕性氣體及以受到二惡英問題的困擾。

　　超過80%的含鹵阻燃劑用于電子/辦公設(shè)備及建筑工業(yè)，主要應(yīng)用品種為苯乙烯類及其共聚物，熱塑性工程塑料和環(huán)氧樹脂。

　　2、含磷阻燃劑

　　含磷化合物可作為熱塑性塑料、熱固性塑料、織物、紙張、涂料和膠粘劑等的阻燃劑。此類阻燃劑包括紅磷、水溶性的無機(jī)磷酸鹽類、不溶性的聚磷酸銨、有機(jī)磷酸酯和膦酸酯類、氧化膦類、氫彈烴基磷酸酯類和溴芳烴基磷酸酯類。

　　鹵素阻燃劑雖然具有高阻燃性，但存在環(huán)境污染及毒性等問題，而磷系阻燃劑除對(duì)苯乙烯和聚烯烴等幾大類聚合物外是非常有效的阻燃劑，而且二次污染小，所以該阻燃劑受到人們的關(guān)注。

　　磷酸銨類

　　磷酸一銨（MAP）和磷酸二銨（DAP）仍是纖維與織物、無紡織物、紙張、木材等多種纖維素的有效阻燃劑。它們能形成磷酸，使纖維素羥基酯化，所生成的纖維素分解成炭，改變了熱降解歷程，從而達(dá)到阻燃的目的。它們易溶于水，故其阻燃性不能持久。它是目前膨脹型阻燃劑主要組分之一。

　　紅磷

　　紅磷是極有效的阻燃劑，可用于含氧聚合物，例如PC，PET，PBT，PPE，其作為尼龍部件的阻燃劑在歐洲用得較多。由于紅磷會(huì)與大氣中的水反應(yīng)生成有毒的磷化氫，因此工業(yè)產(chǎn)品需要做穩(wěn)定化處理和包覆。

　　三羥基磷（膦）酸酯

　　三羥基磷（膦）酸酯作為不飽和聚酯高度填充（如氫化鋁、碳酸鈣）時(shí)的稀釋劑。它在鹵化聚酯中也作為協(xié)效劑，不如氧化銻有效，但加工性好。較不易揮發(fā)的三羥基磷酸酯有三丁基磷酸酯、三辛基磷酸酯和三丁氧基乙基的磷酸酯。二甲基磷酸甲酯含磷量高達(dá)25%,是極有效的阻燃劑。它的高揮發(fā)性限制了應(yīng)用。適用于聚氨酯硬泡，高填的熱固性樹脂。在高填充的熱固性樹脂中也作為黏度稀釋劑。二乙基磷酸乙酯在氨基甲酸乙酯有發(fā)泡劑和胺催化劑的條件下比較穩(wěn)定。

　　芳基磷酸酯類

　　芳基磷酸酯類在工業(yè)中主要用于PVC和乙酸纖維素的不燃性增塑劑和作為工程塑料如PPE，PC/ABS合金的非鹵阻燃劑。

　　烷基化磷酸三苯酯

　　芳基磷酸酯類都是液體，主要烷基化產(chǎn)物是用合成的異丙基葳酚或異丁基苯酚制成的。制法是先使苯酚烷基化，然后再同磷酰氯反應(yīng)。因此烷基化三芳基磷酸酯是一混合物。其中磷酸三丁苯酯的抗氧化性能較好，但增塑性較差。磷酸甲三基二苯酯是PVC最有效的阻燃劑。但也最易揮發(fā)，在歐洲使用。烷烴二芳基膦酸酯增塑性較好，用于PVC有較好的低溫性，它的生煙量也比三芳基膦酸酯少。

　　2-乙基己基二苯基磷酸酯

　　2-乙基己基二苯基磷酸酯已得到美國(guó)食品和藥品管理局的批準(zhǔn)可用于食品包裝。異癸基二苯基磷酸酯由于有較長(zhǎng)的烴基不易揮發(fā)，可用于PVC電纜，尤其高壓電纜。

　　二聚體芳基磷酸酯揮發(fā)性較低，其連接基為間苯二酚、對(duì)苯二酚或雙苯酚。它們用于熱塑性塑料（如PPE，PC/ABS）。

　　改性聚苯醚（PPE）

　　改性聚苯醚（PPE）是PPE與高抗沖聚苯乙烯（PS-HI）的摻混物。根據(jù)等級(jí)，一般含有55%——65%的PS-HI。雖然磷酸酯并不能使PS-HI達(dá)到UL94阻燃等級(jí)，但它在工業(yè)上用于阻燃PPE樹脂，并達(dá)到UL95V-0級(jí)。通過磷酸酯所生成的磷酸使PPE成炭達(dá)到阻燃的目的。工業(yè)用的阻燃劑是液態(tài)的烷基化的三芳膦酸酯或二烯酸酯。

　　三芳基膦酸酯

　　三芳基膦酸酯在加工時(shí)會(huì)揮發(fā)，導(dǎo)致應(yīng)力斷裂。用較不揮發(fā)的二磷酸酯則可減少應(yīng)力斷裂。雙酚A可為二磷酸醌的連接基團(tuán)。

　　含鹵磷酸酯

　　含鹵烷基磷酸酯主要用于聚氨酯較硬泡沫制品。但熱穩(wěn)定性較差。但因含鹵磷酸酯因基毒性，已被歐盟等多數(shù)國(guó)家禁止使用，我國(guó)也不推薦使用。

　　磷的氧化物類

　　磷氧化物具有水解穩(wěn)定的P—C鍵，它們的含P量高于芳基磷酸酯，因而是更有效的阻燃劑。它們的二元醇和三元醇是聚氨酯和環(huán)氧樹脂的活性阻燃劑。

　　磷化合物作為阻燃劑，可在凝聚相中抑制自由基反應(yīng)，它們本身還可生成玻璃狀物質(zhì)直到傳熱、傳質(zhì)的阻隔作用。有機(jī)磷系阻燃劑被認(rèn)為是替代鹵代阻燃劑最有前景的品種之一。

　　3、無機(jī)氫氧化物

　　無機(jī)氫氧化物是非常重要的阻燃劑。無機(jī)氫氧化物易處理，相對(duì)無毒，不產(chǎn)生有毒、有腐蝕性的氣體，而且抑煙，更重要的是比鹵、磷阻燃體系便宜。這類阻燃劑采用適當(dāng)?shù)呐浞娇墒共牧线_(dá)到多種測(cè)試要求。無機(jī)氫氧化鋁是無機(jī)氫氧化物銷售最多的阻燃劑，主要用于加工溫度在200℃以下的合成橡膠、熱固性樹脂及熱塑性塑料。

　　考慮含鹵及含磷阻燃劑的環(huán)境問題，無機(jī)氫氧化物阻燃劑的應(yīng)用得到持續(xù)的增長(zhǎng)。

　　氫氧化鋁（ATH）

　　氫氧化鋁是應(yīng)用最廣泛的阻燃劑之一。是一種無毒、白色至淺白色的粉末，相對(duì)密度2.42，莫氏硬度為3.0，當(dāng)溫度加熱到高于320℃時(shí)，氫氧化鋁因失水而損失其重的34.6%。

　　對(duì)于加工溫度低于氫氧化鋁分解溫度（190——230℃）的聚合物，氫氧化鋁是一種優(yōu)良的阻燃材料，值得注意的是顆粒直徑的大小對(duì)于熱穩(wěn)定有影響。

　　氫氧化鋁作為阻燃材料，用于彈性體、熱固性樹脂及熱塑性塑料等，也大量用于生產(chǎn)阻燃地毯的苯乙烯-丁二烯膠乳中，用于生產(chǎn)阻燃絕緣橡膠電纜、保溫泡沫塑料、傳送皮帶及軟管中等?？捎糜谌坎伙柡蜆渲?，如層壓大頂棚及墻體，用于盥洗室器具、裝飾墻板、各種套罩、汽車防護(hù)罩、卡車零部件等，以及電子元件包括絕緣體及線路板。還包括建筑施工用具等。

　　氫氧化鋁用于環(huán)氧樹脂及酚醛樹脂中，包括膠粘劑、層壓制件、線路板、仿大理石及陶瓷用具等。

　　氫氧化鋁用于交聯(lián)丙烯酸樹脂阻燃及裝飾，作頂棚、水槽、盥洗室面板、裝飾材料及貼墻板等。

　　在熱塑性塑料方面，由于鹵化物對(duì)環(huán)境的影響越來越受到關(guān)注，特別是在歐洲，氫氧化鋁越來越受到重視。其應(yīng)用范圍也越來越大。在軟、硬PVC，乙丙橡膠、EPDM，EVAC，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、PE-LD，PE-HD，PE與PP的混合物，利用茂催化技術(shù)制造的塑料等。另外，在電線電纜、導(dǎo)管、管道、膠粘劑、建筑用的層壓板、隔熱泡沫方面也得到普遍應(yīng)用。

　　氫氧化鋁可以提供生煙度較低的配方。與含鹵化物和氧化銻混合物的配方相比，該種配方生煙毒性低、腐蝕性也小。根據(jù)聚合物以及要求不同，氫氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%——75%，在非鹵系統(tǒng)中，一般為35%——65%.在此應(yīng)用范圍有時(shí)會(huì)增加混合物黏度，并對(duì)樹脂的物理性能產(chǎn)生負(fù)面影響。采用合適的助劑，合理的攪拌技術(shù)能使氫氧化鋁充分地分散，極大地降低上述影響。氫氧化鋁經(jīng)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚硪材軠p少因填充率高而產(chǎn)生的影響，可能增加材料的成本。

　　氫氧化鎂

　　氫氧化鎂是銷售量第二大無機(jī)氫氧化物阻燃劑。是一種白色至淺白色晶狀體粉末，相對(duì)密度2.4，莫氏硬度3.0。加熱至450℃以上時(shí)，因失去水而減重30.9%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

　　氫氧化鎂作為阻燃劑時(shí)，其純度要求相當(dāng)高，至少含98.5%的氫氧化鎂，許多等級(jí)高于99.5%。大多數(shù)阻燃等級(jí)為白色粉末，顆粒直徑范圍從0.5——5μm不等。表面積為7——15平方米/g。大多數(shù)作為阻燃劑的氫氧化鎂經(jīng)表面處理，以提高其在聚合物中的分散性和分布。氫氧化鎂與氫氧化鋁一樣以較高的添加量使用，一般為50%——70%。由于高純度要求和表面處理要求，使得氫氧化鎂比沉淀級(jí)的氫氧化鋁貴。

　　氫氧化鎂用于加工溫度在200——225℃的熱塑性塑料及熱固性樹脂。主要用于EVAC，PP及共混物、ABS及其共混物、含氟聚合物、PPE及共混物、聚酰亞胺等。不能用于熱塑性聚酯。氫氧化鎂與氫氧化鋁一起使用，以滿足不同使用要求。電線電纜、機(jī)架、建筑多層板、管道、電器等零件中也會(huì)用氫氧化鎂。

　　4、硅化合物

　　硅化合物是新型阻燃劑。它可完全不依賴鹵素和磷的化合物而發(fā)揮阻燃作用。最近有關(guān)硅阻燃劑的文章和專利成為新熱點(diǎn)。所有各種組成的硅被用作阻燃劑研究。含硅合物無論是作為聚合物的添加劑還是與聚合物組成共混物，都具有明顯的阻燃作用。

　　實(shí)用化的含硅化合物阻燃技術(shù)有：

　　通過接枝反應(yīng)，在高分子引入硅原子或硅基團(tuán);

　　添加硅樹脂粉末;

　　加入高分子量硅油與有機(jī)金屬化合物、白炭黑;

　　硅橡膠與金屬化合物并用;

　　聚合物/粘土納米復(fù)合材料;

　　加主硅酸鹽;

　　硅膠與碳酸鉀并用;

　　含硅的低熔點(diǎn)玻璃。

　　含硅阻燃劑及其阻燃劑技術(shù)目前得到廣泛的研究，含硅阻燃的高聚物大多少煙無毒，燃燒熱值低，火焰?zhèn)鞑ヂ?，因而受到重視，其發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景是十分巨大和廣闊的。