阻燃剂分类及特点介绍

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：而按照阻燃作用的特点，也有一些别的分类，如有一类称为膨胀型阻燃剂。溴系阻燃剂分解形成的自由基能与聚合物分解形成的自由基反应，进而延缓或抑制燃烧自由基链式反应。但也有很多磷系阻燃剂同时含有凝聚相和气相作用。磷系阻燃剂分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。燃烧时，含磷阻燃剂可分解生成磷酸，进一步脱水生成偏磷酸，经聚合生成聚偏磷酸。膨胀型阻燃剂具有无卤、低烟和环保等特点而优于一般的阻燃剂。

根据在阻燃中起关键作用的元素不同，阻燃剂可分为卤系、磷系和氮系等；按加入的方式不同，阻燃剂可分为添加型和反应型两大类，添加型阻燃剂用量最多，应用也较广泛[13-14]。而按照阻燃作用的特点，也有一些别的分类，如有一类称为膨胀型阻燃剂。

（一）卤系阻燃剂

溴系阻燃剂是卤系阻燃剂中最大的一类。溴系阻燃剂一般分为添加型、反应型和高聚物型等，细分种类很多，例如，有多溴联苯醚类、四溴双酚A类、溴代苯酚类等。溴系阻燃剂曾经因其阻燃效率高且价格适中而被广泛使用。溴系阻燃剂分解形成的自由基能与聚合物分解形成的自由基反应，进而延缓或抑制燃烧自由基链式反应。释放出的HBr本身是一种难燃气体，可以起到阻隔和稀释氧气浓度的作用[15-17]。

含卤阻燃剂由于其燃烧过程中会释放出卤化物及含卤的二苯并二英和二苯并呋喃等腐蚀性和毒性的气体带来环境和人体安全问题，2005年Oeko-Tex Standard 100限制在纺织品上使用五溴二苯醚和八溴二苯醚，十溴二苯醚和六溴环十二烷等也随之受到限用，含溴的阻燃剂也出现在欧盟Reach法规的高关注物质清单中，阻燃剂的无卤化日益受到重视[18-19]。

（二）磷系阻燃剂

磷系阻燃剂的使用相对较早，早期研究发现，材料在含磷阻燃剂的作用下生成比较多的焦炭，从而减少可燃物的生成量，主要通过凝聚相起作用，其中包括改变热降解方式，促进成炭和形成覆盖层等。但也有很多磷系阻燃剂同时含有凝聚相和气相作用。磷系阻燃剂分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。无机磷系阻燃剂包括红磷、聚磷酸铵和水溶性的无机磷酸盐等，有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、膦酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐和氧化磷等[20-23]。

燃烧时，含磷阻燃剂可分解生成磷酸，进一步脱水生成偏磷酸，经聚合生成聚偏磷酸。聚偏磷酸具有很强的酸性可促进材料脱水炭化，从而减少可燃物生成量，形成炭层隔绝了空气和热，从而起到很好的阻燃作用[24-26]。

有些含磷阻燃剂在燃烧时会形成PO·，它可以与燃烧生成的·OH和·H发生如下的自由基反应，起到抑制燃烧的作用[27-28]。

（三）膨胀型阻燃剂体系

膨胀型阻燃剂（又称膨胀型阻燃剂体系、膨胀阻燃体系）由三个部分组成：碳源、酸源和气源[29-31]。受热时，膨胀型阻燃体系中的酸源催化碳源脱水成炭，气源分解的气体促进形成膨松多孔、相对封闭的炭层。炭层本身不易燃烧，且可减弱热传导，气体扩散也得到阻止[32]。有时仅需要两种组分即可，而另一组分则由聚合物充当。各组分的要求如下。

（1）酸源。酸源能使碳源脱水，且必须在低于碳源的分解温度下释放酸。常用的酸源是聚磷酸铵（APP）。

（2）碳源。碳源是形成炭层的基础，碳含量和活性羟基的数量会影响其有效性。含碳量高的多羟基化合物可作为碳源，常用的碳源有季戊四醇和新戊二醇等。

（3）气源。气源可在适当的温度分解产生大量惰性气体。气源以尿素和三聚氰胺最为常用。

影响膨胀体系成炭的因素很多，如聚合物本身的结构和性质、三组分的组成、裂解及燃烧时的条件等因素都会影响膨胀成炭的结构。膨胀炭层的隔热效应不仅受炭产量、炭层高度和炭层结构的影响，也受其化学组成、化学键强度及交联键的数量影响[33]。膨胀型阻燃剂具有无卤、低烟和环保等特点而优于一般的阻燃剂。此外，炭层可减少聚合物熔滴的产生[34]。

阻燃剂分类及特点介绍

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