添加型阻燃剂的研究现状

4/4添加型阻燃剂的研究现状添加型阻燃剂的研究现状

廉，抗紫外线照射能力强，与高分子材料中的光稳定剂不发生冲突，与高分子材料的相容性好，阻燃复合材料的分解温度高，且对环境友好，废弃物不会造成二次污染。有机氮系阻燃剂品种有：三聚氰胺三聚氰酸盐（MCA）、三（2，3-二溴丙基）异三聚氰酸醋（TBC）、季戊四醇双磷酸酯二聚氰胺盐（MPP）。另外，三聚氰胺、三聚氰酸、硫脲、磷酸胺、磷酸-氢胺、磷酸二氢胺等都可单独或复合用作阻燃剂。

2.1.4有机硅系阻燃剂

硅系阻燃剂是发展较晚的阻燃剂之一，它的开发要远远晚于卤系阻燃剂及磷系阻燃剂，但它可使阻燃复合材料拥有优异的阻燃性能、良好的加工性和满意的力学性能，特别是对环境友好而备受人们重视。作为一类新型的高分子阻燃剂，它具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等优点，用作实际的阻燃时，其用量较少，从而对产品物理机械性能影响小，是无卤阻燃剂的发展趋势之一。

2.1.5有机硼系阻燃剂

近年来，有机硼化合物用作阻燃剂具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等优点，引起了人们的广泛关注。其实很早以前，美国的Posner就申请了专利。此人用三乙醇胺和硼酸的反应产物用于阻燃纺织品，随后又有相关的报道，大约有50种有机硼化合物的阻燃性质被评估较好，有些有机硼化合物具有非常好的阻燃性能，但水洗牢度非常不好，在温和条件下水洗一次就失去了阻燃效果。而那些具有P-C键的，含有苯环、环硼氮烷类的硼酸类的有机硼化合物被认为具有较好的水解稳定性，因而也具有极好的开发前景。

2.1.6膨胀性阻燃剂（IFR）

膨胀阻燃体系一般是由酸源（脱水剂）、炭源（成炭剂）和气源（发泡剂）所组成的复合体系。膨胀型阻燃剂在聚合物受热时，酸源会放出无机酸，无机酸与碳源（多羟基化合物）发生酯化反应，气源分解释放出的不可燃气体使得在较高温度下已处于溶融状态的体系膨胀，随后在表面形成一层均匀的炭质泡沫层，此炭层在凝聚相能起到隔热、隔氧、抑烟和抗滴落的作用。以磷、氮类化合物所组成的膨胀阻燃体系符合当今要求阻燃剂在阻燃聚合物燃烧过程中发烟量少、毒性低的发展趋势，被认为是实现阻燃剂无卤化很有希望的途径之一。

2.2无机阻燃剂

无机阻燃剂热稳定性好，不产生腐蚀性、毒性气体，不挥发，效果持久，近年来使用量急剧增加，研究也日益深入。

2.2.1氢氧化铝（ATH）

氢氧化铝用量占阻燃剂使用总量的40%以上，本身具有阻燃、消烟、填充三个功能，因其不挥发、无毒、可与多种物质产生协同阻燃作用，被誉为无公害无机阻燃剂。但有添加量大的缺点，通常需要加人50%以上才能显示很好的阻燃效果。为克服这一缺点，可采用改进造粒技术，向超细化方向发展，使粒度分布变窄；或改进包覆技术，以改善其在聚合物

中的分散性;也可用大分子键合方式处理。

2.2.2氢氧化镁（MH）

氢氧化镁目前发展较快的一种添加型阻燃剂，低烟、无毒、能中和燃烧过程中的酸性、腐蚀性气体，故是一种绿色环保型阻燃剂。其阻燃机理与Al(OH)3相似，分解温度比Al(OH)3高100~150℃，可用于加工温度高于250℃的工程塑料，且有促进聚合物成炭的作用。但要达到一定的阻燃效果，添加量需要在50%以上，对材料的性能影响很大。为减少聚合物中Mg(OH)2的添加量，一种办法是颗粒细微化;另一种方法是采用包覆技术对其表面进行改性，以提高其与聚合物的相容性。

2.2.3红磷

红磷是一种性能优良的阻燃剂，具有不挥发、热稳定性好、不产生腐蚀性气体、效果持久、低毒的特点，但易吸潮、氧化、并放出剧毒的气体，粉尘易爆炸，呈深红色，因此使用受到很大的限制。为了解决上述问题，对红磷进行表面处理是研究的主要方向，其中微胶囊化是最有效的方法。今后红磷表面处理发展方向:（1）通过对包囊的囊材进行改性，使其同时兼具热稳定、增塑和阻燃等功能，发展多功能的微胶囊红磷阻燃剂;（2）研究各种阻燃剂与红磷阻燃剂的有效复配关系，并使之微胶囊化，增加阻燃效果，提高材料力学性能;（3）红磷可与消烟剂进行复配，火灾中抑烟比防火更为重要，促进发展消烟技术。

2.2.4可膨胀石墨（EG）

可膨胀石墨是近年出现的一种新型无卤阻燃剂，它是由天然石墨经过强氧化剂氧化及插层剂插层处理之后制得的，属于物理型IFR。当EG被加热到某一临界温度，沿着C轴方向可膨胀数百倍，在聚合物表面形成膨胀的螺虫状炭层，从而将需要保护的可燃物与热源隔离开，起到高效绝热、隔氧的作用，EG在受热膨胀过程中吸收大量的热，这就能够降低燃烧体系的温度，同时能够释放出石墨片层中的酸根离子，该酸根离子能促进聚合物脱水炭化2。

2.2.5聚磷酸铵（APP）

聚磷酸铵功是一种性能良好的无机阻燃剂，是目前磷系阻燃剂比较活跃的研究领域。其外观为白色粉末，分解温度>256℃，聚合度在10~20之间为水溶性的，聚合度大于20的难溶于水。APP比有机阻燃剂价廉，毒性低，热稳定性好，可单独或与其他阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温下，APP迅速分解成氨气和聚磷酸，氨气可以稀释气相中的氧气浓度，从而起阻止燃烧的作用;聚磷酸是强脱水剂，可使聚合物脱水炭化形成炭层，隔绝聚合物与氧气的接触，在固相起到阻止燃烧的作用。

2.2.6硼酸锌（BZ）

硼酸锌作为阻燃剂，是一种新型的、性能优异的阻燃剂，外观呈白色粉末，熔点为980℃，密度为2.8g/cm3，具有热稳定性高、粒度细、体积质量小、易分散、无毒等显著特点，在阻燃酚醛塑料、阻燃涂料、阻燃聚氯乙烯电缆护套中，硼酸锌阻燃剂已达到了较

满意的阻燃效果。硼酸锌在高于300℃时失去结品水，对阻燃复合材料起到吸热冷却作用。在燃烧过程中，硼酸锌中约有38％以氧化锌或氢氧化锌的形式进入气相，对可燃性气体进行稀释，使材料燃烧速率降低，增加其阻燃性。

2.2.7无机硅系阻燃剂

无机硅系阻燃剂包括硅酸盐阻燃剂（包括喷雾干燥硅酸盐（IPS）和膨胀型硅酸盐（IPG））、硅胶-碳酸钾阻燃体系、阻燃聚合物/无机物纳米复合材料和陶瓷前体聚合物阻燃剂（含硅化合物聚碳硅烷（PCS）、聚硅苯乙烯（PSS）、倍半硅氧烷（SSO）等）。

根据TownsendSolutionsEstimate2012年市场统计数据，全球阻燃剂使用量以每年4~5%的速度在增长，约85%的阻燃剂用在塑料中，其余用在纺织品和橡胶中。可见，氢氧化铝用量最多，已成为最主要的阻燃剂，往下依次是溴系阻燃剂、有机磷系阻燃剂、氯系阻燃剂和氧化锑阻燃剂。从实际市场消耗结果来看，多数新型阻燃剂还未实现大规模应用，氢氧化铝和有机卤系阻燃剂仍是如今阻燃剂市场的主流。

2.3阻燃新技术

2.3.1微胶囊化技术

将微胶囊技术应用于阻燃剂中，是近年来发展起来的一项新技术。微胶囊化的实质，是把阻燃剂研碎分散成微粒后，将有机物或无机物对之进行包囊，形成微胶囊阻燃剂；或以表面很大的无机物为载体，将阻燃剂吸附在这些无机物载体的空隙中，形成蜂窝式微胶囊阻燃剂。利用微胶囊技术可以改变阻燃剂的外观与形态，克服阻燃剂的不良性质，降低阻燃剂的水溶性，增加阻燃剂与高分子材料的相容性以及提高阻燃剂的热分解温度。

2.3.2表面改性技术

无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性，同非极性聚合物材料相容性差，界面难以形成良好的结合和粘接。为改善其与聚合物间的粘接力和界面亲和性，采用偶联剂对其进行表面处理是最为有效的方法之一。常用的偶联剂是硅烷和钛酸酯类。如经硅烷处理后的氢氧化铝，阻燃效果好，能极有效地提高聚酯的弯曲强度和环氧树脂的拉伸强度。钛酸酯类偶联剂和硅烷偶联剂可以并用，能产生协同效应。

2.3.3协同阻燃技术

在实际应用中，单一的阻燃剂总存在这样或那样的缺陷，而且使用单一的阻燃剂很难满足愈来愈高的要求。协同阻燃技术是指将单一的阻燃剂或阻燃体系复合化，形成一个新的协同阻燃体系，如将磷系、氮系、硅系和金属化合物等之间进行组合以探索出更为高效的阻燃体系。协同阻燃技术的应用不仅可以衍生更多的阻燃体系，而且能够减少阻燃剂的使用量，从而达到提高效率降低成本的目的。而在协同阻燃技术的应用中所出现的科学问题——协同阻燃效应，也已逐渐成为科研工的研究热点，膨胀阻燃体系在聚合物材料中所产生的阻燃作用正是磷-氮协同效应的体现。

2.3.4大分子技术

当前阻燃技术的发展呈现出许多新的动向，大分子技术是阻燃研究中刚新起的新技术之一，近年来其研究非常活跃，并取得了一系列成果。比如，溴系阻燃剂发展的新特点是提高溴含量和增大分子量，这些阻燃剂特别适合于各类工程塑料，在迁移性、相容性、热稳定性、阻燃性等方面，均大大优于许多小分子阻燃剂，有可能成为今后的更新换代产品。

2.3.5纳米阻燃技术

无机阻燃剂与合成材料的相容性较差，添加量大，使得材料的力学性能和耐热性能都有所降低。因此，对无机阻燃剂进行改性，增强其与合成材料的相容性，降低用量成为无机阻燃剂的发展趋势之一。纳米阻燃体系最为显著的特点是只需添加极少量（≤5%）的纳米阻燃剂即可显著降低材料的燃烧性能。将传统的无机阻燃材料超细化，利用纳米微粒本身所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应来增强界面作用，改善无机物和聚合物基体的相容性，达到减小用量和提高阻燃性