膨胀型阻燃剂的研究进展

膨胀型阻燃剂的研究进展

摘要：膨胀型阻燃剂具有较好的稳定性以及良好的阻燃性能，并且对基体机械

性能的影响较小，因此寻找高效膨胀型阻燃剂成为研究热点之一。本文介绍了国

内外对膨胀型阻燃剂的研究，对膨胀型阻燃剂的研究进展及现状进行了详细的介绍，并对膨胀型阻燃剂的发展趋势进行了展望。

关键词：膨胀型阻燃剂；小分子；大分子；改性

一、引言

高分子材料有着独特的性质和优良的加工性能，在现代生产、生活中得到了广泛应用。

但是高分子材料普遍存在易燃的缺点，因此阻燃剂的开发与利用成为重要的研究热点。膨胀

型阻燃剂（IFR）具有阻燃效率高、低烟、低毒等优点，是一种环境友好型阻燃剂。膨胀型阻

燃剂符合社会对阻燃剂的要求，是阻燃剂发展的主流趋势。

二、膨胀型阻燃剂

（1）小分子膨胀型阻燃剂

三聚氯氰由于具有特殊的三嗪环结构，并且有三个活泼性不同的Cl原子，在反应过程中，不同的反应温度可使Cl原子呈现出不同的活性，通常用于三嗪系阻燃剂合成过程中的起

始剂。

Xin Wang等人[1]以三氯氧磷、季戊四醇和CYC为原料，合成了具有高度对称性的三嗪

含环化合物（PEPATA），将其作为炭化剂应用于膨胀型阻燃环氧树脂（IFR-EP）中。通过极

限氧指数（LOI）实验结果表明，LOI值从纯环氧树脂的21.5%增加到IFR-EP的34.0%，阻燃性能得到了改善。

（2）大分子膨胀型阻燃剂

三聚氯氰衍生的大分子一般以醇胺或者胺类等小分子与CYC中的Cl进行反应，可以合

成线性或超支化型大分子成炭剂。

Xinqing Su等人[2]以CYC、二苯胺和乙二胺为原料，通过亲核反应合成了一种新型的含

三嗪和二苯基的炭化剂（PTCA），PTCA与APP复配形成IFRs，与PP共混的到阻燃复合材料，考察了其阻燃性和热稳定性。试验表明，在纯PP中加入20% IFRs时可使阻燃级别达到V-0

级，同时，LOI值从17.5%上升到31%。TG结果表明，PTCA具有良好的成炭性能，与APP复

合使用可显著提高PP的热稳定性。

Panyue Wen等人[3]以CYC和哌嗪为原料，制备了一种新型超支化炭化发泡剂（HCFA）。该发泡剂与APP在30wt%的负载下和PP共混得到阻燃复合材料。TG分析结果表明，

HCFA/APP体系能够有效提高炭渣的热稳定性和热氧化稳定性。

（3）膨胀型阻燃剂的改性

传统的阻燃剂存在许多缺点，如不能防潮、添加量大、阻燃效果不稳定等。为了改善阻

燃剂的性能，满足应用中的需求，需要对膨胀型阻燃剂进行改性和加工。

Huang等[4]将膨胀型阻燃剂（IFR）、碳纳米管（CNTs）和石墨烯注入 PP基体中制备出

一种新型PP复合材料。结果表明，当PP／IFR／碳纳米管／RGO纳米复合材料含18%的IFR、1%的CNTs和1％（质量分数）的石墨烯时，热稳定性和焦炭产率都得到提高，PHRR减少约83%，LOI值达到31.4%，并达到UL-94 V-0等级。

Feng等人[5]合成了一种新型炭化发泡剂（CNCA-DA），并与APP复配形成IFR，与PP

共混形成PP/IFR体系，研究了硼酸锌（ZB）对PP/IFR体系阻燃性能和热稳定性的影响。实验结果表明，在PP/IFR中加入1wt%ZB时，LOI值由27.1%提高到30.7%。TGA结果表明，ZB能

提高PP/IFR体系的高温热稳定性，增加了残炭量。

三、总结展望

膨胀型阻燃剂具有阻燃性能好、发烟量少、发热量低等优点，但膨胀型阻燃剂也存在一

定的缺点，如添加量比较多、耐水性较差，对基体力学性能损害大等。为了同时满足阻燃性

能和力学性能的要求，今后的研究主要有以下几个方向利用纳米技术降低阻燃剂粒度，减小

其对高分子材料力学性能的影响；对阻燃剂进行改性，改进其耐水性，提高分散性和相容性，以提高高分子材料的力学性能；合成可提高阻燃性能和力学性能的双官能团单分子阻燃剂。

参考文献：

[1]Xin Wang，Yuan Hu，Lei Song，et al. Effect of a triazine ring-containing charring agent on fire retardancy and thermal degradation of intumescent flame retardant epoxy resins[J]. Polymers for Advanced Technologies，2011，22（12）：2480-2487.

[2]Xinqing Su，Yuwen Yi，Jie Tao，et al. Synergistic effect between a novel triazine charring agent and ammonium polyphosphate on flame retardancy and thermal behavior of polypropylene[J]. Polymer Degradation and Stability，2014，105：12-20.

[3]Panyue Wen，Xiaofeng Wang，Bibo Wang，et al. One-pot synthesis of a novel s-triazine-based hyperbranched charring foaming agent and its enhancement on flame retardancy and water resistance of polypropylene[J]. Polymer Degradation and Stability，2014，110（0）：165-174.

[4]Guobo Huang，Shuqu Wang，Ping an Song，et a1．Combination effect of carbon nanotubes with graphene on intumescent flame-retardant polypropylene

nanocomposites[J]．Composites：Part A，2014，59：18.

[5]Caimin Feng，Yi Zhang，Dong Liang，et al. Influence of zinc borate on the flame retardancy and thermal stability of intumescent flame retardant polypropylene composites[J]. Journal of Analytical Applied Pyrolysis，2015，115：224-232.