高分子材料阻燃技术的应用及发展探究

郭永吉

(江西省赣州市公安消防支队，江西 赣州 341000)

在现代生产生活中，高分子材料，如纤维、橡胶、塑料等，有着广泛的应用，成为经济建设与科学技术发展的重要材料。但这些材料通常都是可燃或易燃材料，需要通过添加阻燃剂来提升其阻燃性，否则易埋下火灾隐患。高分子材料在燃烧时还会产生有毒气体，如：聚苯乙烯燃烧时会产生甲苯，聚氯乙烯燃烧时会产生氯化氢，容易给周边环境和人们生命安全造成危害。近年来，随着阻燃剂生产工艺的不断改进，新的阻燃技术应运而生，经过阻燃处理的高分子材料品种与用量得到了大幅度的提升，高分子材料阻燃技术正朝着新的发展方向迈进。

一、高分子材料阻燃剂的分类与技术应用

高分子材料大多数属于可燃、易燃材料，在空气中受热时，会分解生成一些挥发性可燃物，当体系温度与可燃物浓度过高时，便会发生燃烧。因此，人们对高分子材料的阻燃性能提出了更高的要求，而阻燃剂则是改变高分子材料燃烧性能的有效助剂，使原先可燃、易燃的材料具备难燃性、消烟性与自熄性，能极大限度的预防火灾，更好地满足安全生产与生活需求。

阻燃剂的类型是多样化的，按照组分来划分包括以下几类：一是有机阻燃剂，应用产品主要有卤代磷酸酯、磷酸酯、卤系以及纺织物耐久性阻燃材料等；二是无机盐类阻燃剂，应用产品有硼酸、氢氧化铝、氯化铵等，其优势在于无卤无烟、无毒无害，是当前应用最广泛的阻燃剂；三是有机、无机混合阻燃剂，改良于无机阻燃剂，有些可替换无机阻燃剂，有些则应用于非水溶性有机磷酸酯的水溶液。按照所含阻燃元素，阻燃剂又可以划分为：含硅阻燃剂(如硅树脂、硅烷共聚物等)、磷系阻燃剂(如亚磷酸酯、含磷多元醇等)、卤系阻燃剂(如含溴阻燃剂，阻燃效果明显，但会释放有毒气体，增加逃离、灭火难度)。按照使用方法划分，则包括反应型与添加型两种类型。近年来，随着科学技术的快速发展，高分子材料阻燃技术的应用也有所突破，大致可分为三种技术：

1.阻燃剂微胶囊技术。

即把阻燃剂分散为微粒或微液滴态，借助人工合成或天然聚合物材料，在基体表面形成一层惰性的保护膜，起到保护与阻燃作用。如上海化工研究院新技术室郝冬梅、伊亮等人用三聚氰胺-甲醛树脂(MF)微胶囊将聚磷酸铵(APP)粒子包覆，结果显示，随着微胶囊用量的增加，阻燃材料的极限氧指数会相应提高，当微胶囊质量分数上升到30%时，阻燃材料则可以达到FV-0(阻燃等级分为HB、V-2、V-1、V-0四个等级，V-0为最高等级)的燃烧等级，抑烟效果也非常显著。借助微胶囊化，还可将一些有较大毒性的阻燃剂变成无毒(低毒)阻燃剂，以便于材料加工与应用。此外，将微胶囊包裹若干不同类型的助剂，还可以生产出多功能阻燃材料。

2.纳米技术。

从传统的阻燃剂看，其材料在价格、力学性能及环境污染等方面都有所欠缺。纳米技术则开辟了阻燃技术的新领域，不但材料的用量有所减少，安全性能与效用大大提高，也降低了对环境造成的污染。欧洲多国发起名为Phoenix的合作计划，依托纳米技术，制备纳米颗粒或者将其与无卤材料有机结合，代替传统无卤阻燃剂，降低了聚合物阻燃剂用量，提高了阻燃剂的效用。日本丰田汽车公司在汽车发动机配件上应用了尼龙/层状硅酸盐纳米材料，使产品的硬度和热稳定性得到提高。另外，聚合物无机物纳米复合材料阻燃性良好，广泛应用于轮胎、电子电气部件、飞机内部材料生产等。

3.交联与接枝改性技术。

近年来，交联与接枝等技术成为高分子材料阻燃化的主要方法。其中，辐射交联通常不需引发剂与催化剂，常温下也可以反应，且不会产生污染；聚合物交联，既可改变结构和性能，也拓宽了应用范围。随着阻燃涂料的发展，20世纪90年代中期，膨胀阻燃技术开始发展起来，其特点如下：燃烧时，材料表面会出现一层均匀的炭质泡沫层，起防融滴、抑烟、隔氧与隔热功能，且燃烧过程中不会产生腐蚀性或有毒气体、发烟量较低。近年来，膨胀阻燃技术的研发较为活跃，主要应用于防火涂料、橡胶等材料和制品中。如美国HoechsCelanese公司推出了两种新型膨胀型阻燃剂：Exolit IER-10与Exolit IER-11，广泛应用到阻燃PP、PE与弹性体，当阻燃剂用量为25%-30%时，其氧化指数为30，达到了UL94V-0的阻燃级别，与未进行阻燃处理的材料相比，密度提高了10-15%。

二、高分子材料阻燃技术的发展趋势

作为新兴工业，阻燃剂有着广泛的应用前景，磷系等阻燃剂的地位仍是举足轻重的，但随着阻燃技术的日趋成熟，人们环保意识的日益增强，这些阻燃剂的产品结构得到了调整与改进，同时多功能、绿色环保的新型阻燃剂的研究与开发成为了新的发展趋势。

首先，多功能阻燃剂备受青睐，成为开发重点。随着科学技术的不断发展，现有的阻燃剂有着很大的改进与完善空间，可以对当前的一些阻燃剂加以复配，使其既具备原有性能，提升消烟与阻燃效果，也附加了其他的特殊功能，变成多功能阻燃剂。如带有抗静电效果的阻燃剂，可以对其加以复配，增加抗辐射、耐热等功能。譬如复合型多功能纤维制品，既可确保纤维优良的物理性能，保持原有的手感与耐用性等，也可具备不熔融滴落、无毒或低烟等特点，这样一来增加了抗熔滴、隔热、阻燃的功能效果，极大地提升了高分子材料的安全与应用性能，拓宽了应用领域。

其次，发展高分子材料绿色阻燃技术是关键课题。近年来，阻燃剂用量有所增加，产品更新换代加快，防火要求也相应提高。随着人们环保意识的不断提升，性价比高、安全高效的阻燃剂更受市场追捧。若要更好的适应市场需求，我们不能单单关注材料的实用性、安全性与耐用性，还要重视阻燃材料与可持续发展的关系。人们便开始研发低烟低毒、无污染的新型阻燃剂，生产省资源、省能源的产品，逐步迈向环保节省、高效节能的发展方向。比如，一些发达国家立足于环保的角度，对污染环境的阻燃剂的使用与生产进行了限制，如在美国，开始规定使用低卤电缆包覆层；在日本，电缆燃烧时会形成酸性气体的阻燃剂已经被禁用；一些欧洲国家也已限售含卤阻燃剂。同时，国际上阻燃与安全标准也日益严格，阻燃材料绿色化变成了不可忽视的技术与非关税壁垒。如欧盟的《WEEE指令》与《ROHS指令》指出，进入欧盟市场的电气电子设备须与有关环保标准相符。

此外，在中国，高分子材料有着较高的产业地位。为更好地满足阻燃剂市场需求，确保人们财产与生命安全，我国对高分子材料提出了新的要求，2011年，公安部消防局出台了公消[2011]65号文件(中华人民共和国公安部关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知)，严格规范了墙体保温材料的应用。同时，有关研究机构开始着力于研制新型阻燃剂，并取得了一定的研究突破。如2011年上半年，西安成功研发建筑外墙保温材料防火界面剂，提升了建筑外墙保温材料的防火性能，从源头上确保了建筑物的消防安全。2010年，中科院宁波材料技术与工程研究所携手浙江丰虹新材料股份有限公司与工程研究所，成功研发出了绿色环保阻燃有机功能化粘土与尼龙6专用绿色阻燃功能母粒，有低成本与高效之优势，提高了市场竞争力，对抗熔滴、低毒低烟、无卤高效的环保阻燃剂与阻燃技术的开发有很大的推动作用。四川大学王玉忠带领的团队在高分子材料无卤阻燃化的基础研究方面获得重要进展，攻克了一些高分子材料的高效无卤阻燃难题，使保持其性能与降低成本、无卤化与阻燃性的矛盾得以协调。由此可见，环保型无卤阻燃剂是阻燃技术发展的必然趋势，不管是卤系阻燃剂还是无卤阻燃剂，低毒化、高效化、环保化、多功能化将是阻燃剂体系研究与发展的重要方向。

总之，阻燃剂是提高高分子材料阻燃性的重要助剂，随着高分子合成与加工技术的不断进步，阻燃剂的研发也有了突破性的进展。在科学技术不断发展的现代社会，随着人们环保意识的逐步提高，复配型、环保型等阻燃剂越来越受到市场的青睐。为了提高市场竞争力，各国开始研发低烟、无毒、环保的新型阻燃剂与阻燃技术。高效、低毒、环保、多功能化是阻燃剂的努力方向与发展趋势，有着非常广阔的应用前景。

[1]西泽仁，马文杰：电线电缆用高分子材料阻燃技术进展，《合成材料老化与应用》，1991年03期.

[2]徐僖：高分子材料科学研究动向及发展展望，第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C]，2001年.

[3]赵一权：高分子材料阻燃技术的应用与发展，科技研究，2014年12期.