阻燃剂的最新研究进展

膨胀型阻燃剂的最新研究进展

摘要：

膨胀型阻燃剂是继含卤阻燃剂以来的具有环保、高效的一种新型阻燃剂。本文综述了膨胀型阻燃剂的分类，并重点介绍了磷-氮系膨胀型阻燃剂、无卤膨胀型石墨阻燃剂、混合膨胀型阻燃剂的研究现状，接着进一步提出其阻燃机理，最后指出了膨胀型阻燃剂目前存在的问题并提出其发展前景。

关键词:膨胀型阻燃剂阻燃机理发展前景

Abstract：

Intumescent flame retardant, which is a new flame retardant after the halogen-containing flame retardant, is environmental-friendly and high efficiency. we have introduced the classification for expandable flame retardant. The phosphorus-nitrogen expandable flame retardant, halogen-free flame retardant expandable graphite, mixed expandable flame retardant were introduced in detail. Moreover, we proposed the flame retardant mechanism. Last, the problem and the development of expandable flame retardant were pointed out.

Keyword：expandable flame retardant retardant mechanism development prospect

目录

1 引言 (1)

2 阻燃剂的分类及其优缺点 (1)

2.1 卤系阻燃剂 (1)

2.2 无卤环保阻燃剂 (1)

2.2.1 无机阻燃剂 (2)

2.2.2 有机硅系阻燃剂 (2)

2.2.3 纳米阻燃剂 (2)

2.3 膨胀阻燃剂 (3)

2.3.1 磷-氮膨胀型阻燃剂 (3)

2.3.1.1 聚合型有机磷(氮)系阻燃剂 (3)

2.3.1.2 聚合型磷-氮协效阻燃剂 (4)

2.3.1.3 非聚合型磷－氮协同阻燃剂 (4)

2.3.2 无卤膨胀型石墨阻燃剂 (5)

2.3.3 混合膨胀型阻燃剂 (6)

3 膨胀型阻燃剂阻燃机理 (7)

4 展望 (8)

参考文献 (9)

1 引言

近年来随着对阻燃要求的提高和环保意识的增强，阻燃剂的无卤化、抑烟及减毒已经成为当前和今后阻燃剂研究领域的前沿性课题。相比传统的阻燃剂由于其存在添加量大、发烟量大和产生有毒、腐蚀性气体等严重缺点正被新一代环保型阻燃剂所替代。

膨胀型阻燃剂是近年来我国阻燃领域广为关注的新型复合阻燃剂[1]。它具备独特的阻燃机制和无卤、低烟、低毒的特性，是阻燃剂无卤化的重要途径。膨胀阻燃系统因其酸源、炭源、气源“三源”的协同作用, 在燃烧时于材料表面形成致密的多孔泡沫炭层。既可阻止内层高聚物的进一步降解及可燃物向表面的释放，又可阻止热源向高聚物的传递以及隔绝氧源，从而阻止火焰的蔓延和传播。膨胀型阻燃剂具有优良的阻燃性能，又具有无卤、低烟、低毒、防熔滴和无腐蚀性气体的优点，符合未来阻燃剂的发展方向，具有十分广阔的发展前景。

2 阻燃剂的分类及其优缺点

2.1 卤系阻燃剂

卤系阻燃剂是最早使用的一类传统阻燃剂，其价格低廉、热稳定性好、添加量少，与合成树脂材料的相容性好，加工性能好，对材料的力学性能影响小，工艺成熟，阻燃效果明显，是目前世界上产量、用量最大的有机阻燃剂。目前全球电子行业所用的阻燃剂中，约80%是溴系阻燃剂。虽然卤系阻燃剂有很多优异的性能，但含有该阻燃剂的高聚物在燃烧时会释放出来大量的烟及有毒、腐蚀性气体（卤化氢气体），部分在热分解时生成多卤代二苯并二噁烷及多卤代二苯并呋喃的致癌物。多种含溴有机化合物具有生物累积性，会影响生物的神经系统、免疫系统和生殖系统，是一类全球性环境污染物。

2.2 无卤环保阻燃剂

常见的无卤环保阻燃剂主要包括无机阻燃剂、有机硅系阻燃剂以及纳米型阻燃剂。

2.2.1 无机阻燃剂

面对日益严峻的环境问题，国外已经开展了无机阻燃剂的研究应用工作。无机阻燃剂种类很多，包括氢氧化物、氧化物、红磷、硼酸盐、硅酸盐、碳酸镁等[2]。无机阻燃剂具备许多优良的性能：价格低廉、热稳定性能好、阻燃效率高、无卤、抑烟、阻滴、无毒、不挥发、资源丰富，在阻燃材料领域中占有重要的地位。目前应用较多的无机阻燃剂主要是氢氧化镁和氢氧化铝。该类阻燃剂能够在受热分解过程中释放大量的结晶水，吸收大部分的热量，从而起到冷却聚合物材料的作用；分解产生的水蒸气稀释可燃气体的浓度，抑制燃烧蔓延；在聚合物表面生成的金属氧化物具有较高的活性，可以吸附固体颗粒，起到抑烟的作用；另外，覆盖在聚合物材料表面的金属氧化物可以促进基材表面成炭，阻止火焰传播。但其阻燃效果与添加量成正比，含量越大，阻燃效果越好，大量的无机阻燃剂与基材亲和力差，对材料的加工和力学性能影响很大。

2.2.2 有机硅系阻燃剂

有机硅系阻燃剂是一种新型无卤阻燃剂。硅系阻燃剂自身燃点较高（都在300℃以上），具备难燃的特点，同时也是一种成炭抑烟剂，它在赋予高聚物优异阻燃性能的同时，对塑料橡胶的加工性能和物理力学性能影响较小。由于其独特的性能，有机硅阻燃剂是一种很有开发和应用潜力的阻燃剂，将在不能使用含卤阻燃剂的场所获得更广泛的应用，以硅系化合物阻燃的高聚物将开辟新的阻燃剂市场。但对这一类阻燃剂的阻燃机理研究不多，不够深入。目前有机硅阻燃剂研究的重点是：对有机硅化合物进行分子设计和合成，通过共聚、接枝和交联反应开发硅系共聚物，寻找性能优异的硅系阻燃体系[3]；将有机硅阻燃剂与其他无机、有机阻燃剂复配，发挥协同阻燃作用，以及有机硅阻燃剂阻燃机理的研究；简化合成工艺，降低生产成本，加快有机硅阻燃剂商品化、工业化的进程。

2.2.3 纳米阻燃剂

纳米阻燃剂也是近年来阻燃技术领域研究的热点，纳米阻燃剂是由颗粒尺寸1～100 nm 的超微阻燃粒子凝聚而成的块体、薄膜、多层膜或纤维。实验证明，由于其超细的尺寸，各种类型的纳米复合材料的性质比其相应的宏观或微米级复合材料均有较大改善，材料的热稳定性和阻燃性能也有较大幅度提高通过将传统的无机材料超细化，利用纳米微粒本身所具有的量子尺寸效应、表面效应来增强