阻燃实现的途径

气相阻燃机理。即抑制在燃烧反应中起链增长作用的自由性，而发挥阻燃作用。

凝聚相阻燃机理。它在固相中阻止聚合物的热分解和阻止聚合物释放出可燃气体的作用。

中断热交换机理。即将聚合物物产生的热量带走而不反馈到聚合物上，使聚合物不再不断分解。

阻燃剂分类

根据元素种类分为卤系、有机磷系及卤-磷系、氮系、硅系、铝-镁系、钼系等。按阻燃作用分有膨胀型阻燃剂、成炭阻燃剂等。按化学结构分无机阻燃剂，有机阻燃剂，高分子阻燃剂等。按阻燃剂与被阻燃材料的关系可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，反应型阻燃剂参与高聚物的化学反应。

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 卤系阻燃剂

卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。卤系阻燃剂主要用于电子和建筑工业，约50~100种含卤阻燃剂覆盖了大多数的市场需求。

卤素阻燃剂之所以受到人们的重视，主要是卤系阻燃剂的阻燃效率高，价格适中，其性能价格比这一指标是其它阻燃剂难以与之相比，加之卤系阻燃剂的品种多，适用范围广，所以受到人们的青睐。但是，卤素阻燃剂在热裂解或燃烧时生成较多的烟和腐蚀性气体及以受到二恶英问题的困扰。

超过80%的含卤阻燃剂用于电子/办公设备及建筑工业，主要应用品种为苯乙烯类及其共聚物，热塑性工程塑料和环氧树脂。

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含磷阻燃剂

含磷化合物可作为热塑性塑料、热固性塑料、织物、纸张、涂料和胶粘剂等的阻燃剂。此类阻燃剂包括红磷、水溶性的无机磷酸盐类、不溶性的聚磷酸铵、有机磷酸酯和膦酸酯类、氧化膦类、氢弹烃基磷酸酯类和溴芳烃基磷酸酯类。

卤素阻燃剂虽然具有高阻燃性，但存在环境污染及毒性等问题，而磷系阻燃剂除对苯乙烯和聚烯烃等几大类聚合物外是非常有效的阻燃剂，而且二次污染小，所以该阻燃剂受到人们的关注。

磷酸铵类

磷酸一铵（MAP）和磷酸二铵（DAP）仍是纤维与织物、无纺织物、纸张、木材等多种纤维素的有效阻燃剂。它们能形成磷酸，使纤维素羟基酯化，所生成的纤维素分解成炭，改变了热降解历程，从而达到阻燃的目的。它们易溶于水，故其阻燃性不能持久。它是目前膨胀型阻燃剂主要组分之一。

 红磷

红磷是极有效的阻燃剂，可用于含氧聚合物，例如PC，PET，PBT，PPE，其作为尼龙部件的阻燃剂在欧洲用得较多。由于红磷会与大气中的水反应生成有毒的磷化氢，因此工业产品需要做稳定化处理和包覆。

三羟基磷（膦）酸酯

三羟基磷（膦）酸酯作为不饱和聚酯高度填充（如氢化铝、碳酸钙）时的稀释剂。它在卤化聚酯中也作为协效剂，不如氧化锑有效，但加工性好。较不易挥发的三羟基磷酸酯有三丁基磷酸酯、三辛基磷酸酯和三丁氧基乙基的磷酸酯。二甲基磷酸甲酯含磷量高达25%,是极有效的阻燃剂。它的高挥发性限制了应用。适用于聚氨酯硬泡，高填的热固性树脂。在高填充的热固性树脂中也作为黏度稀释剂。二乙基磷酸乙酯在氨基甲酸乙酯有发泡剂和胺催化剂的条件下比较稳定。

芳基磷酸酯类

芳基磷酸酯类在工业中主要用于PVC和乙酸纤维素的不燃性增塑剂和作为工程塑料如PPE，PC/ABS合金的非卤阻燃剂。

烷基化磷酸三苯酯

芳基磷酸酯类都是液体，主要烷基化产物是用合成的异丙基葳酚或异丁基苯酚制成的。制法是先使苯酚烷基化，然后再同磷酰氯反应。因此烷基化三芳基磷酸酯是一混合物。其中磷酸三丁苯酯的抗氧化性能较好，但增塑性较差。磷酸甲三基二苯酯是PVC最有效的阻燃剂。但也最易挥发，在欧洲使用。烷烃二芳基膦酸酯增塑性较好，用于PVC有较好的低温性，它的生烟量也比三芳基膦酸酯少。

 2-乙基己基二苯基磷酸酯

 2-乙基己基二苯基磷酸酯已得到美国食品和药品管理局的批准可用于食品包装。异癸基二苯基磷酸酯由于有较长的烃基不易挥发，可用于PVC电缆，尤其高压电缆。

 二聚体芳基磷酸酯挥发性较低，其连接基为间苯二酚、对苯二酚或双苯酚。它们用于热塑性塑料（如PPE，PC/ABS）。

改性聚苯醚(PPE)

改性聚苯醚(PPE)是PPE与高抗冲聚苯乙烯(PS-HI)的掺混物。根据等级，一般含有55%~65%的PS-HI。虽然磷酸酯并不能使PS-HI达到UL 94阻燃等级，但它在工业上用于阻燃PPE树脂，并达到UL 95 V-0级。通过磷酸酯所生成的磷酸使PPE成炭达到阻燃的目的。工业用的阻燃剂是液态的烷基化的三芳膦酸酯或二烯酸酯。

三芳基膦酸酯

三芳基膦酸酯在加工时会挥发，导致应力断裂。用较不挥发的二磷酸酯则可减少应力断裂。双酚A可为二磷酸醌的连接基团。

含卤磷酸酯

含卤烷基磷酸酯主要用于聚氨酯较硬泡沫制品。但热稳定性较差。但因含卤磷酸酯因基毒性，已被欧盟等多数国家禁止使用，我国也不推荐使用。

磷的氧化物类

磷氧化物具有水解稳定的P—C键，它们的含P量高于芳基磷酸酯，因而是更有效的阻燃剂。它们的二元醇和三元醇是聚氨酯和环氧树脂的活性阻燃剂。

磷化合物作为阻燃剂，可在凝聚相中抑制自由基反应，它们本身还可生成玻璃状物质直到传热、传质的阻隔作用。有机磷系阻燃剂被认为是替代卤代阻燃剂最有前景的品种之一。

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无机氢氧化物

无机氢氧化物是非常重要的阻燃剂。无机氢氧化物易处理，相对无毒，不产生有毒、有腐蚀性的气体，而且抑烟，更重要的是比卤、磷阻燃体系便宜。这类阻燃剂采用适当的配方可使材料达到多种测试要求。无机氢氧化铝是无机氢氧化物销售最多的阻燃剂，主要用于加工温度在200℃以下的合成橡胶、热固性树脂及热塑性塑料。考虑含卤及含磷阻燃剂的环境问题，无机氢氧化物阻燃剂的应用得到持续的增长。

氢氧化铝（ATH）

氢氧化铝是应用最广泛的阻燃剂之一。是一种无毒、白色至浅白色的粉末，相对密度2.42，莫氏硬度为3.0，当温度加热到高于320℃时，氢氧化铝因失水而损失其重的34.6%。

对于加工温度低于氢氧化铝分解温度（190~230℃）的聚合物，氢氧化铝是一种优良的阻燃材料，值得注意的是颗粒直径的大小对于热稳定有影响。

氢氧化铝作为阻燃材料，用于弹性体、热固性树脂及热塑性塑料等，也大量用于生产阻燃地毯的苯乙烯-丁二烯胶乳中，用于生产阻燃绝缘橡胶电缆、保温泡沫塑料、传送皮带及软管中等。可用于全部不饱和树脂中，如层压大顶棚及墙体，用于盥洗室器具、装饰墙板、各种套罩、汽车防护罩、卡车零部件等，以及电子元件包括绝缘体及线路板。还包括建筑施工用具等。

氢氧化铝用于环氧树脂及酚醛树脂中，包括胶粘剂、层压制件、线路板、仿大理石及陶瓷用具等。

氢氧化铝用于交联丙烯酸树脂阻燃及装饰，作顶棚、水槽、盥洗室面板、装饰材料及贴墙板等。

在热塑性塑料方面，由于卤化物对环境的影响越来越受到关注，特别是在欧洲，氢氧化铝越来越受到重视。其应用范围也越来越大。在软、硬PVC，乙丙橡胶、EPDM，EVAC，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、PE-LD，PE-HD，PE与PP的混合物，利用茂催化技术制造的塑料等。另外，在电线电缆、导管、管道、胶粘剂、建筑用的层压板、隔热泡沫方面也得到普遍应用。

氢氧化铝可以提供生烟度较低的配方。与含卤化物和氧化锑混合物的配方相比，该种配方生烟毒性低、腐蚀性也小。根据聚合物以及要求不同，氢氧化铝质量分数为5%~75%，在非卤系统中，一般为35%~65%.在此应用范围有时会增加混合物黏度，并对树脂的物理性能产生负面影响。采用合适的助剂，合理的搅拌技术能使氢氧化铝充分地分散，极大地降低上述影响。氢氧化铝经适当的表面处理也能减少因填充率高而产生的影响，可能增加材料的成本。

氢氧化镁

氢氧化镁是销售量第二大无机氢氧化物阻燃剂。是一种白色至浅白色晶状体粉末，相对密度2.4，莫氏硬度3.0。加热至450℃以上时，因失去水而减重30.9%(质量分数)。

氢氧化镁作为阻燃剂时，其纯度要求相当高，至少含98.5%的氢氧化镁，许多等级高于99.5%。大多数阻燃等级为白色粉末，颗粒直径范围从0.5~5 μm不等。表面积为7~15 平方米/g。大多数作为阻燃剂的氢氧化镁经表面处理，以提高其在聚合物中的分散性和分布。氢氧化镁与氢氧化铝一样以较高的添加量使用，一般为50%~70%。由于高纯度要求和表面处理要求，使得氢氧化镁比沉淀级的氢氧化铝贵。

氢氧化镁用于加工温度在200~225℃的热塑性塑料及热固性树脂。主要用于EVAC，PP及共混物、ABS及其共混物、含氟聚合物、PPE及共混物、聚酰亚胺等。不能用于热塑性聚酯。氢氧化镁与氢氧化铝一起使用，以满足不同使用要求。电线电缆、机架、建筑多层板、管道、电器等零件中也会用氢氧化镁。

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硅化合物

硅化合物是新型阻燃剂。它可完全不依赖卤素和磷的化合物而发挥阻燃作用。最近有关硅阻燃剂的文章和专利成为新热点。所有各种组成的硅被用作阻燃剂研究。含硅合物无论是作为聚合物的添加剂还是与聚合物组成共混物，都具有明显的阻燃作用。

实用化的含硅化合物阻燃技术有：

通过接枝反应，在高分子引入硅原子或硅基团；

 添加硅树脂粉末；

加入高分子量硅油与有机金属化合物、白炭黑；

硅橡胶与金属化合物并用；

聚合物/粘土纳米复合材料；

加主硅酸盐；

硅胶与碳酸钾并用；

含硅的低熔点玻璃。

含硅阻燃剂及其阻燃剂技术目前得到广泛的研究，含硅阻燃的高聚物大多少烟无毒，燃烧热值低，火焰传播慢，因而受到重视，其发展潜力和应用前景是十分巨大和广阔的。

阻燃剂的阻燃机理

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卤系阻燃剂

卤系阻燃剂包括溴系和氯系阻燃剂。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。在卤系阻燃剂中大部分是溴系阻燃剂。工业生产的溴系阻燃剂可分为添加型、反应型及高聚物型三大类，而且品种繁多。国内外市场上现有20种以上的添加型溴系阻燃剂，10种以上的高分子型溴系阻燃剂，20种以上的反应型溴系阻燃剂。添加型的阻燃剂主要有十溴二苯醚(DBDPO).四溴双酚A双(2,3一二烷丙基)醚(TBAB)、八溴二苯醚(OBDPO)等;反应型阻燃剂主要有四溴双酚A (TBBPA), 2, 4, 6-三溴苯酚等;高分子型阻燃剂主要有溴化聚苯乙烯、溴化环氧、四溴双酚A碳酸酯齐聚物等。溴系阻燃剂之所以受到青睐，其主要原因是它的阻燃效率高，而且价格适中。

由于C-Br键的键能较低，大部分溴系阻燃剂的分解温度在200℃ -300℃，此温度范围正好也是常用聚合物的分解温度范围。所以在高聚物分解时，溴系阻燃剂也开始分解，并能捕捉高分子材料分解时的自由基，从而延缓或抑制然烧链的反应，同时释放出的HBr本身是一种难燃气体，可以覆盖在材料的表面，起到阻隔与稀释氧气浓度的作用。这类阻燃剂无不例外的与锑系(三氧化二锑或五氧化二锑)复配使用，通过协同效应使阻燃效果得到明显提高。

卤系阻燃剂主要在气相中发挥阻燃作用。因为卤化物分解产生的卤化氢气体，是不燃性气体，有稀释效应。它的比重较大，形成一层气膜，覆盖在高分子材料固相表面，可隔绝空气和热，起覆盖效应。更为重要的是，卤化氢能抑制高分子材料燃烧的连锁反应，起清除自由基的作用。以溴化物为例，其抑制自由基连锁反应的机理如下:

含溴阻燃剂 → Br·

Br·+RH→R·+HBr

HO·+HBr=H2O +Br·

 高分子材料中加入的含溴阻燃剂，遇火受热发生分解反应，生成自由基Br·,它又与高分子材料反应生成溴化氢，溴化氢与活性很强的OH·自由基反应，一方面使得Br再生，一方面使得OH·自由基的浓度减少，使燃烧的连锁反应受到抑制，燃烧速度减慢，直至熄灭。

 但是当发生火灾时，由于这些材料的分解和燃烧产生大量的烟尘和有毒腐蚀性气体造成“二次灾害”，且燃烧产物(卤化物)具有很长的大气寿命，一旦进入大气很难去除，严重地污染了大气环境，破坏臭氧层。另外，多溴二苯醚阻燃的高分子材料的燃烧及裂解产物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷(PBDD)及多溴代二苯并呋喃(PBDF)。1994年9月，美国环境保护局评价证明了这些物质对人和动物是致毒物质。

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磷及磷化合物的阻燃机理

磷及磷化合物很早就被用作阻燃剂使用，对它的阻燃机理研究得也较早，起初发现使用含磷阻燃剂的材料燃烧时会生成很多焦炭，并减少了可燃性挥发性物质的生产量，燃烧时阻燃材料的热失重大大降低，但阻燃材料燃烧时的烟密度比未阻燃时增加。根据上面的事实提出了一些阻燃机理。从磷化合物在不同反应区内所起阻燃作用可分为凝聚相中阻燃机理和蒸汽相中阻燃机理，有机磷系阻燃剂在凝聚相中发挥阻燃作用，其阻燃机理如下：

在燃烧时，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液态膜，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。在这个过程中，不仅由磷酸生成的覆盖层起到覆盖效应，而且由于生成的聚偏磷酸是强酸，是很强的脱水剂，使聚合物脱水而炭化，改变了聚合物燃烧过程的模式并在其表面形成碳膜以隔绝空气，从而发挥更强的阻燃效果。

磷系阻燃剂的阻燃作用主要体现在火灾初期的高聚物分解阶段，因其能促进聚合物脱水发化，从而减少聚合物因热分解而产生的可燃性气体的数量，并且所生成的碳膜还能隔绝外界空气和热。通常，磷系阻燃剂对含氧聚合物的作用效果最佳，主要被用在含羟基的纤维素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。对于不含氧的烃类....