硼酸盐阻燃剂概述

1、硼酸盐阻燃剂概述随着我国城镇化不断的发展， 经济也得到了快速的发展， 但 同时也引发了一系列严重的社会问题，例如 2010年 11月 15日 上海的特大火灾造成，造成 49人死亡、 70人受伤； 2013年 5月 11日晚，安徽宿孚玉镇居民住宅发生火灾，火灾现场 5 人死亡。 这一起起火灾带给人血的教训， 引发了人们的深刻反思， 除了在 日常生活中规范操作和高度重视之外， 还应从其它源头做起， 那 就是研发具有阻燃性能的材料， 尽可能杜绝此种重大事故再次发 生。近年来，阻燃剂市场发展迅猛，据不完全统计， 2007 年全 球阻燃剂市场消费为 170万吨， 2008 年为195万吨， 2010 年

2、 为 230 余万吨， 2014 年有望达到近 300 万吨。我国也在 2007 年 3 月 1 日颁布了阻燃制品标识管理办法（实行），规范阻燃 剂的使用，防止阻燃剂对环境和人体健康产生影响。1 硼酸盐阻燃剂特点 阻燃剂的种类很多，按照使用方法可分为添加型和反应型； 按照组成可分为有机阻燃剂、无机阻燃剂、无机 - 有机阻燃剂。 有机阻燃剂主要有卤系、磷系、六溴水散体、磷酸酯、十溴- 三氧化二锑、卤代磷酸酯等，其优点是与有机物有很好的亲和力， 在塑料等阻燃体系中占绝对优势， 但缺点是阻燃过程中会产生大 量的有毒有害气体和烟雾， 为后续的救援造成了很大的影响， 这 就限制了其应用。无机阻燃剂，主要

3、有硼酸盐类、氢氧化物、磷 酸的铵盐、卤化铵、硼酸等，其由于具有无毒、无烟、无卤、无 害等优点，被广泛的应用在建筑，装修等很多行业，并且需求量 占整个阻燃市场的 50%以上，并有逐年递增的趋势。硼酸盐就是一种应用最广的阻燃剂， 目前，我国生产的硼酸 盐阻燃剂主要有偏硼酸钙、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸按、硼 酸锌、偏硼酸钡、氟硼酸锌等，硼砂有防止残焰的作用，但对防 止灼焦的作用不大； 而硼酸有阻止无焰灼烧的作用， 但对防止残 焰的作用又不明显， 将两者混合可以发挥协同阻燃效果， 防止无 焰灼烧的效果很好。 在硼系阻燃剂中， 硼酸钙是一种新型的阻燃 剂，硼酸锌是一种应用最为广泛的阻燃剂，将其添加在织

4、物、塑 料等高聚物中，有许多优点：（ 1）硼酸锌阻燃剂的安全无毒、 价格低廉、性能良好。（ 2）添加硼酸锌后，织物等燃烧有利于 生成多孔碳层，碳层能被 B2O3所稳定。（3）硼酸锌与其它阻燃 剂混合使用，具有协同效应，可以减少烟雾量，起到降低成本的 作用。（ 4）硼酸锌在阻燃树脂时，可减少高温熔滴，防止了二 次火灾的发生。（ 5）硼酸锌与 Al （ OH） 3 阻燃剂协同，可生成 多孔硬质玻璃陶瓷状物质， 起到隔热和吸附可燃与助燃气体的作 用，阻止燃烧的进一步进行。目前，硼酸盐阻燃剂已在船舶、化 工、建筑和军事等领域广泛应用。2 硼酸盐阻燃剂的结构 硼酸盐是由金属阳离子和硼氧聚阴离子以离子键结

5、合形成 的，由于硼原子可以采取 sp2 杂化和 sp3 杂化，分别形成平面三 角形B03和四面体B04单元，B03和B04单元可以单独存在，也 可以通过顶点氧原子互相连接， 形成聚合程度不同的硼氧聚阴离 子，而硼氧聚阴离子可以发生缩聚反应脱水， 通过氧原子与质子 结合形成0H-,在其它基团连接下发生形变，在水含量高时连接 方式发生改变， 这就导致硼氧聚阴离子结构复杂， 硼酸盐种类繁 多。3 硼酸盐阻燃剂性能测试方法 目前，硼酸盐阻燃剂性能的测试方法很多， 归纳起来主要有 以下几种： 极限氧指数法、垂直燃烧法、热分析法等。极限氧指数（L0D法的原理是将待样品置于垂直流动的氮 气和氧气的混合气氛中

6、， 改变在维持总流量不变添加下， 改变氧 气的流量， 测量使待测样品保持平衡燃烧时的最低氧浓度 （体积 百分数），用以判断材料的阻燃性能。垂直燃烧法的原理是垂直地夹住试样一端， 对材料的自由端 施加一定的火焰，通过测定续燃时间、灼焰时间、燃烧长度或成 炭率来评价材料的阻燃性能。热分析法是一种广泛应用于材料可燃性和阻燃性能评价的方法。包括热重法（TGA、差式扫描量热法（DSC和差热分析（DTA等。TGA法是在程序控温下，测量物质的质量与温度 的关系。 分析物质在分解过程中的质量变化及失重速度， 进而对 材料燃烧过程中的稳定性和可燃性作出评价。而DTA法和DSC法则是在相同条件下定量分析材料在不同

7、温度的重量及热效应的 变化情况，进而得出阻燃剂对材料的热分解过程变化以及燃烧性 能的影响，对材料的阻燃性能和阻燃机理做出判断。4 硼酸盐阻燃剂的研究现状 近些年来，人们已经对硼酸盐纳米阻燃剂进行了大量的研 究，并且发现，阻燃剂的阻燃效果与阻燃材料的颗粒尺度有关， 也就是说，颗粒越小，阻燃效果越好。不同形貌的阻燃剂，阻燃 效果也不相同。例如：中南大学吴志平等 1 人制备了超细硼酸 锌并测定其成炭率，研究了 2Z nO ?3B203?3.5H2O勺阻燃性和抑 烟效果；苏达根等 2 人制备了纳米硼酸锌，并通过测定极限氧 指数法研究其阻燃性； S. l. Li等3 人制得了2ZnO?3B2O3?3.5H20纳米片，并发现 2ZnO?3B203?3.5H20纳米 片极大地提高了 PE的阻燃性能；Ayhan Mergen等4采用 2ZnO?3B2O3?3.O-3.5H2O制得了 4ZnO?B2O3?H2O并研究了添加 不同量4ZnO?B2O3?H2的PVC的阻燃性能，发现纳米材料的阻燃 剂性能较普通阻燃剂明显提高，添加量较少。5 硼酸盐阻燃剂的发展方向无机阻燃剂由于具有毒性小、 抑烟效果好等特点， 目前已广 泛的应用于建材、纺织、油漆等各行各业。但是，无机阻燃剂添 加量大，阻燃效果差，这就限制了其发展。近年来，随着纳米技 术的发展，人们发现，将阻燃材料制备成纳米型，不但