磷系阻燃剂的现状与展望

磷系阻燃剂的现状与展望

摘要：阻燃剂又名耐火剂、防火剂，是提高可燃物难燃性的一种功能性助剂。在所有的阻燃剂中，磷系阻燃剂是研究的最多也是最复杂的一种。随着工业的改进以及合成方法的不断完善，磷系阻燃剂的种类也在不断增加，性能也在不断增强。磷系阻燃剂解决了含卤型阻燃剂燃烧烟雾大、气体腐蚀性强以及无机阻燃剂高添加量而影响材料物理机械性能等缺点，具有高阻燃性、低烟、无毒、低卤等优点，因此，对于磷系阻燃剂的研究具有非常重要的现实意义。本文主要就磷系阻燃剂的现状与展望方面展开研究，分析了磷系阻燃剂的阻燃机理以及种类，最后介绍了磷系阻燃剂在今后的发展趋势。

关键词：磷系阻燃剂；阻燃机理；种类；展望

引言

随着高分子材料科学与工程的发展，各种高分子复合材料正在逐步取代传统材料而应用于社会生产与生活的各个领域。但是，高分子复合材料具有优越性能的同时，还具有可燃性，这给人们的生产与生活带来了一定的隐患，因此，对于高分子复合材料的燃烧特性以及防火技术的研究具有重要的意义。阻燃剂在塑料助剂中的消耗量仅次于增塑剂，已成为塑料助剂中用量第二的大品种，其中，磷系阻燃剂由于其自身的特点与优势，非常符合阻燃剂的发展方向，具有很好的发展前景。

1 含磷阻燃剂的阻燃机理阐释

长期以来，有关含磷阻燃剂阻燃机理有很多，但是已经得到普遍认可的机理有3种。1．1气相阻燃机理

含磷化合物在火焰中分解成小分子量组分如P，PO，P02和HP02，这些组分与气相火焰区中的氢自由基和羟基自由基互相作用，减缓了燃烧链反应进程…。在阻燃过程中，磷系阻燃剂产生的水蒸气可降低聚合物表面的温度与稀释气相火焰区可燃物的浓度，从而达到阻燃效果。

1．2凝缩相阻燃机理

在燃烧时，磷化合物分解生成磷酸液态膜，其沸点可达300℃。同时，磷酸又进一步脱水生成偏磷酸，偏磷酸进一步聚合生成聚偏磷酸旧J。生成的聚偏磷酸是强酸，具有很强的脱水作用，促使高聚物脱水炭化，降低材料的质量损失速度和可燃物的生成量，而磷大部分残留于炭层中。

1．3协同阻燃机理

当一种含磷阻燃剂与另外一种协同剂并用时，产生的阻燃作用往往要大于由单一组分所产生的阻2.有机磷系阻燃剂种类及研究现状燃作用之和，这就是协同效应。目前被实验所证实了的具有协同效应的有很多，如磷一卤协同、磷一氦协同、磷-磷协同等。

2磷系阻燃剂的应用进展

2．1聚碳酸酯阻燃剂及其掺合物

到20世纪为止，有关聚碳酸酯(PCs)阻燃剂及其掺和物的研究很多，远远超过了其他聚合物。目前应用于聚碳酸酯的阻燃剂有单磷酸酯和双磷酸酯2种。

单磷酸芳基磷酸酯常用于PC,／ABS合金，其中磷酸三苯酯(’I胛)的性价比很高。’I聊对PC／ABS的阻燃十分有效，添加量在12％一18％。在TPP．基础上改进的叔丁基磷酸三苯酯的性能比TPP更为优越。叔丁基磷酸三苯酯为液体，在树脂中其持久性与水解稳定性更佳，且不易产生表面应力龟裂。但叔丁基磷酸三苯酯的挥发性较高。桥联的芳基双磷酸酯具有优良的热稳定性和水解稳定性、低粘度以及低挥发性，因此这类双磷酸酯的市场好于单磷酸酯，且应用范围日益广泛。其中间苯二酚一双(磷酸二苯酯)和双酚A一双(磷酸二苯酯)

的效果尤其好。例如双酚A-双(磷酸二苯酯)的商品名为Fyrolflex BDP常用于PC／ABS，其中丙烯腈一丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)装填量≤25％，一般情况下，BDP与联合添加剂PTFE的装填量需要≥12％才能达到V—O级。作为新型有机磷系阻燃剂，BDP在聚合物中发挥作用主要通过促使材料迅速产生炭层，以减少聚合物表面热量，抑制聚合物热裂解或燃烧，降低聚合物火灾危险性，在高分子材料中应用广泛，并取得较好的效果。但是由于其在应用中存在耐热性差、挥发性大以及易迁移等缺点，因此在发挥阻燃作用的过程中，熔融滴落现象严重，容易引发二次火灾【4J。环苯氧磷腈类物质是热稳定性好的磷氮化合物。掺和物中大多包括三磷腈和四磷腈，且还含一些大环。当这些掺和物含量占PC／ABS质量的12％一15％时，阻燃效果很好。芳香族双磷酸酯(RDP或BDP)或单磷酸酯(’I即)与环磷腈发生协同作用，联合使用具有更好的阻燃效果㈣。

综上所述，芳基磷酸酯常应用于无卤阻燃PC／ABS合金中。单磷酸芳基磷酸酯类阻燃剂中磷酸三苯酯与叔丁基磷酸三苯酯在PC／ABS中较为有效。双磷酸芳基磷酸酯类阻燃剂中桥联的芳基双磷酸酯，尤其是间苯二酚一双(磷酸二苯酯)(RDP)、双酚A一双(磷酸二苯酯)(BDP)以及某些程度上的间苯二酚一双(2，6-二甲苯基磷酸酯)(RXP)，由于优异的热稳定性、高效的阻燃性、较低的挥发性而比单磷酸酯(唧)获得更为广泛的应用。由于不同的磷酸酯在固相和气相之间存在协同的阻燃作用，实际应用中也常将双磷酸酯和单磷酸酯组合使用哺j。2．2聚氨基甲酸乙酯(PU)泡沫阻燃剂

应用于聚氨酯泡沫塑料的磷系阻燃剂中，卤代磷酸酯类化合物的应用广泛、效果显著，是一类添加型液态有机阻燃剂，它具有挥发性低、无色、无臭、耐水解等优点，阻燃效率高、挥发量低。三(2一氯乙基)磷酸酯(TCEP)是最早使用的阻燃剂之一，是一种添加型阻燃剂，在聚氨酯软泡、硬泡中都能使用，它具有较好的耐水解性和较高的阻燃效率，但阻燃持久性差，且易挥发损失o¨。常用的卤代双磷酸酯类阻燃剂具有耐水性和热稳定性较好等特点，可以广泛适用于多种软质聚氨酯泡沫塑料，应用前景广阔。典型的产品有阻燃剂v6，化学名为

四(2-氯乙基)·2，2--'(氯甲基)-l，3-亚丙基二磷酸酯，由美国Monsanto公司首先开发成功【8驯，商品名为Phosgard2xC-20。还有美国Olin公司产品牌号为Thermolinl01，国内有生产，化学名为l，2-亚乙基一四(2．氯乙基)二磷酸酯，是一种低挥发的持久性阻燃剂，它对泡沫的发泡工艺和物理性能影响很小，阻燃效果好。许多磷酸酯可以用作聚氨酯的阻燃剂，同时具有增塑剂的作用。甲基磷酸二甲酯(DMMP)是一种常用的高磷液态磷酸酯类阻燃剂，添加量一般在3％一15％。它的特点是含磷量高、阻燃性能优良、添加量少、价格低等。乙基磷酸二乙酯(DEEP)是一种新型的高效磷阻燃剂，粘度低，在聚醚多元醇和异氰酸酯的双组分体系中十分稳定【7J。含有19％磷的低聚磷酸三乙酯添加剂满足关于汽车行业的低雾视法／挥发性的有机含量(VOC)排放许可，在MVSS302测试中，与氯烷基磷酸盐类相比，这种低聚物的效果平均好于40％-50％【l们。无卤含磷、氮添加型阻燃剂(CMA)可以有效提高软质聚氨酯泡沫的阻燃性：当CMA的添加量为10％时，软质聚氨酯泡沫即可通过Cal．117A测试，其LOI值也从17．3提高到23．0；随阻燃剂添加量的增加。软质聚氨酯泡沫的阻燃性能也逐渐提高。TG测试结果表明，CMA的加入对软质聚氨酯泡沫的热稳定性没有多大影响¨¨。

2．3多酯类与尼龙阻燃剂

应用于多酯类与尼龙的阻燃剂要求优异的热稳定性及不起霜，而很多磷系阻燃剂热稳定性都不能满足要求。经过改性，现在市场上常用磷系阻燃剂为红磷、磷酸酯和膦酸酯类、磷氮类阻燃剂。无机磷系阻燃剂中，红磷作为一种用于多酯类和尼龙的有效的阻燃剂，逐渐成为研究的热点。大多数磷化合物在高处理温度(大约在280℃)的热稳定性不好，易分解，不能发挥作用，而红磷在尼龙6．6中很有效。但是红磷并不能直接应用，这是由于红磷降低了尼龙的热解温度，使点燃温度升高；易吸潮，放出磷化氢气体，与高分子材料相容性差。微胶囊化红磷阻燃剂降低了红磷的活性，解决了相容性，从而使红磷在实际应用中发挥了重要的作用。