阻燃高分子材料的开发及其应用研究进展
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收稿日期：２０１９０５０５ 陕西省教育厅科研计划项目（１９ＪＫ０７４１）、２０１９年西安文理 学院大学生创新创业训练项目（２０１９０６４） 联系人，ｊｉａｙｕ＿ａｎ＿ｈａｐｐｙ＠１２６．ｃｏｍ
构引入磷、硅、氮 等 元 素 或 含 有 苯 环 的 官 能 团，制 备 出 分子内杂化 的 阻 燃 高 分 子；或 者 在 高 分 子 材 料 制 备 的 过程中向体 系 中 加 入 相 应 的 阻 燃 添 加 剂，制 备 出 综 合 性能优异的共混阻燃高分子。然而这些方法在一定程 度上会影响 高 分 子 材 料 的 力 学 性 能，因 此 如 何 在 不 降 低高分子材料力学性能的前提下对其阻燃性能进行改 善［６］，是目前 学 者 们 研 究 的 一 个 热 点。 本 文 在 对 各 种 阻燃高分子 材 料 制 备 方 法 综 述 的 基 础 上，对 其 的 应 用 范围进行了讨论，并展望了其未来的发展方向。
１ 阻燃高分子的开发
阻燃型高分子如通用塑料、工程塑料、橡胶以及涂 料等在工程 领 域 中 均 具 有 良 好 的 应 用，例 如 建 筑 给 排 水管路的制备、装修材料墙体的保温、沥 青 树 脂 的 改 性、汽车零部 件 的 使 用 等 等。 阻 燃 高 分 子 材 料 的 开 发 不但能够对 工 程 材 料 的 防 火 性 能 予 以 保 障，提 高 建 筑 物、生产、生活 中 的 安 全 性，而 且 能 够 为 高 分 子 材 料 在
关 键 词：高分子材料；阻燃；添加剂；工程材料；合成 中图分类号：ＴＱ３２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１９２７８（２０１９）１００１２００８ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１９．１０．０２１
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ＪＩＡ Ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ，ＬＩＵＺｈｅｎ，ＨＡＮ Ｍｉｎ
（ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ， ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
通过分子合成的方法将磷元素引入到聚合物中， 可以制备出阻燃性能良好的高分子材料。其主要的阻 燃机理在于：在 含 磷 分 子 内 杂 化 高 分 子 材 料 燃 烧 的 过 程中，磷原子发生化学反应，并在材料的表面形成聚磷 酸、亚磷酸、磷 酸 等 小 分 子 化 合 物，这 些 化 合 物 能 够 使 材料表面发 生 脱 水 并 形 成 较 为 致 密 的 炭 层，有 效 隔 绝 了助燃气体氧气及燃烧过程中所产生热量向材料内部
０ 前言
高分子材料如工程塑料、纤维、橡胶等均具有良好 的力学性能［１］，灵活的分子结构［２］，优异的耐湿热及耐 腐蚀性能［３］，在 装 修 工Hale Waihona Puke Baidu程 材 料、建 筑 材 料、汽 车 工 程 材 料等领域表现出了较为广泛的应用［４５］。然而，大部分 高分子材料阻燃性能较差，极限氧指数（ＬＯＩ）较低，在 使用过程中 极 易 引 起 火 灾，造 成 人 员 生 命 危 险 及 财 产 损失。因此，在 高 分 子 材 料 的 制 备 过 程 中 应 该 对 其 阻 燃性能进行改善，以期提高应用范围，实现在工业领域 中的应用安全性。常见的改善高分子材料阻燃性能的 方法较多，如：在合成过程中向高分子聚合物的分子结
第３３卷 第１０期 ２０１９年１０月
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．，２０１９
阻燃高分子材料的开发及其应用研究进展
贾 园，张 鹏，刘 振，韩 敏
（西安文理学院，陕西省表面工程与再制造重点实验室，化学工程学院，西安 ７１００６５）
摘 要：在介绍阻燃高分子材料开发的基础上，对阻燃高分子制备的研究情况进行了综述，包括分子内杂化阻燃高分 子、添加机型阻燃高分子等，同时总结了阻燃高分子的应用范围，并展望了其未来的研究方向。
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｈｙｂｒｉｄ ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ ａｄｄｉｔｉｖｅｔｙｐｅ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｓ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅｓｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｏｌｙｍｅｒｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｉｒｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗａｓａｌｓｏｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｏｌｙｍｅｒ；ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ；ａｄｄｉｔｉｖｅ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
２０１９年１０月
中 国 塑 料
·１２１·
苛刻条件下的使用奠定良好的理论及实践基础。阻燃 高分子常见的制备方法包括分子内杂化树脂的合成、 阻燃型添 加 剂 的 引 入、阻 燃 树 脂 共 混 等［７］。 在 实 际 生 产应用过程中，应当根据需要选择适当的方法，制备出 符合防火阻燃标准要求的材料，以满足实际需求。 １．１ 分子内杂化型阻燃高分子
分子内杂化型阻燃高分子也称本征型阻燃高分子 材料，主要是指在高分子合成的过程中，向聚合物的主 链或侧链中引 入 氮、硅、磷、卤 族 元 素 等 具 有 阻 燃 效 果 的原子或基团［８］。这些原子及官能团能够在高分子材 料进行燃烧后发生化学反应，产生一定量的难燃气体， 从而有效抑制火势的蔓延。制备分子内杂化型阻燃高 分子材料时，需 要 首 先 利 用 分 子 设 计 的 方 法 合 成 出 含 有磷、硅、氮等 原 子 及 相 应 官 能 团 的 聚 合 单 体，这 些 单 体之后通过聚合反应制备出具有良好阻燃性能的分子 内杂化树脂 材 料。 常 见 的 阻 燃 高 分 子 材 料 有：聚 乙 烯 材料、聚氯乙烯材料、酚醛树脂、环氧树脂等。 １．１．１ 含磷阻燃高分子
构引入磷、硅、氮 等 元 素 或 含 有 苯 环 的 官 能 团，制 备 出 分子内杂化 的 阻 燃 高 分 子；或 者 在 高 分 子 材 料 制 备 的 过程中向体 系 中 加 入 相 应 的 阻 燃 添 加 剂，制 备 出 综 合 性能优异的共混阻燃高分子。然而这些方法在一定程 度上会影响 高 分 子 材 料 的 力 学 性 能，因 此 如 何 在 不 降 低高分子材料力学性能的前提下对其阻燃性能进行改 善［６］，是目前 学 者 们 研 究 的 一 个 热 点。 本 文 在 对 各 种 阻燃高分子 材 料 制 备 方 法 综 述 的 基 础 上，对 其 的 应 用 范围进行了讨论，并展望了其未来的发展方向。
１ 阻燃高分子的开发
阻燃型高分子如通用塑料、工程塑料、橡胶以及涂 料等在工程 领 域 中 均 具 有 良 好 的 应 用，例 如 建 筑 给 排 水管路的制备、装修材料墙体的保温、沥 青 树 脂 的 改 性、汽车零部 件 的 使 用 等 等。 阻 燃 高 分 子 材 料 的 开 发 不但能够对 工 程 材 料 的 防 火 性 能 予 以 保 障，提 高 建 筑 物、生产、生活 中 的 安 全 性，而 且 能 够 为 高 分 子 材 料 在
关 键 词：高分子材料；阻燃；添加剂；工程材料；合成 中图分类号：ＴＱ３２５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１９２７８（２０１９）１００１２００８ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１９．１０．０２１
犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋，犃狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀犪狀犱犚犲狊犲犪狉犮犺犘狉狅犵狉犲狊狊犻狀 犉犾犪犿犲犚犲狋犪狉犱犪狀狋犘狅犾狔犿犲狉犻犮犕犪狋犲狉犻犪犾狊
ＪＩＡ Ｙｕａｎ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ，ＬＩＵＺｈｅｎ，ＨＡＮ Ｍｉｎ
（ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｎＳｈａａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ， ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
通过分子合成的方法将磷元素引入到聚合物中， 可以制备出阻燃性能良好的高分子材料。其主要的阻 燃机理在于：在 含 磷 分 子 内 杂 化 高 分 子 材 料 燃 烧 的 过 程中，磷原子发生化学反应，并在材料的表面形成聚磷 酸、亚磷酸、磷 酸 等 小 分 子 化 合 物，这 些 化 合 物 能 够 使 材料表面发 生 脱 水 并 形 成 较 为 致 密 的 炭 层，有 效 隔 绝 了助燃气体氧气及燃烧过程中所产生热量向材料内部
０ 前言
高分子材料如工程塑料、纤维、橡胶等均具有良好 的力学性能［１］，灵活的分子结构［２］，优异的耐湿热及耐 腐蚀性能［３］，在 装 修 工Hale Waihona Puke Baidu程 材 料、建 筑 材 料、汽 车 工 程 材 料等领域表现出了较为广泛的应用［４５］。然而，大部分 高分子材料阻燃性能较差，极限氧指数（ＬＯＩ）较低，在 使用过程中 极 易 引 起 火 灾，造 成 人 员 生 命 危 险 及 财 产 损失。因此，在 高 分 子 材 料 的 制 备 过 程 中 应 该 对 其 阻 燃性能进行改善，以期提高应用范围，实现在工业领域 中的应用安全性。常见的改善高分子材料阻燃性能的 方法较多，如：在合成过程中向高分子聚合物的分子结
第３３卷 第１０期 ２０１９年１０月
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．，２０１９
阻燃高分子材料的开发及其应用研究进展
贾 园，张 鹏，刘 振，韩 敏
（西安文理学院，陕西省表面工程与再制造重点实验室，化学工程学院，西安 ７１００６５）
摘 要：在介绍阻燃高分子材料开发的基础上，对阻燃高分子制备的研究情况进行了综述，包括分子内杂化阻燃高分 子、添加机型阻燃高分子等，同时总结了阻燃高分子的应用范围，并展望了其未来的研究方向。
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｒｅｖｉｅｗｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｃｅｓｓｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｔｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｈｙｂｒｉｄ ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ ａｄｄｉｔｉｖｅｔｙｐｅ ｆｌａｍｅ ｒｅｔａｒｄａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒｓ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅｓｏｆｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔｐｏｌｙｍｅｒｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｉｒｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗａｓａｌｓｏｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｐｏｌｙｍｅｒ；ｆｌａｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ；ａｄｄｉｔｉｖｅ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
２０１９年１０月
中 国 塑 料
·１２１·
苛刻条件下的使用奠定良好的理论及实践基础。阻燃 高分子常见的制备方法包括分子内杂化树脂的合成、 阻燃型添 加 剂 的 引 入、阻 燃 树 脂 共 混 等［７］。 在 实 际 生 产应用过程中，应当根据需要选择适当的方法，制备出 符合防火阻燃标准要求的材料，以满足实际需求。 １．１ 分子内杂化型阻燃高分子
分子内杂化型阻燃高分子也称本征型阻燃高分子 材料，主要是指在高分子合成的过程中，向聚合物的主 链或侧链中引 入 氮、硅、磷、卤 族 元 素 等 具 有 阻 燃 效 果 的原子或基团［８］。这些原子及官能团能够在高分子材 料进行燃烧后发生化学反应，产生一定量的难燃气体， 从而有效抑制火势的蔓延。制备分子内杂化型阻燃高 分子材料时，需 要 首 先 利 用 分 子 设 计 的 方 法 合 成 出 含 有磷、硅、氮等 原 子 及 相 应 官 能 团 的 聚 合 单 体，这 些 单 体之后通过聚合反应制备出具有良好阻燃性能的分子 内杂化树脂 材 料。 常 见 的 阻 燃 高 分 子 材 料 有：聚 乙 烯 材料、聚氯乙烯材料、酚醛树脂、环氧树脂等。 １．１．１ 含磷阻燃高分子