阻燃材料的研究及应用综述

廖立敏，李建凤，黄 茜

(内江师范学院 化学化工学院，四川 内江 641100)

阻燃材料应用广泛，尤其在高层建筑中阻燃材料对于防止或减轻火灾而导致的损失起到举足轻重的作用。阻燃材料的种类繁多，从大的方面可以分为有机阻燃材料、无机阻燃材料以及有机-无机复合阻燃材料，当前使用的阻燃材料大多是在高分子材料中添加阻燃剂之后能够实现阻燃效果的材料。通常来说，有机阻燃材料阻燃效果好，添加剂比较少，但是有机阻燃材料在燃烧过程中会产生大量的有毒有害气体，从而限制了其在某些方面的应用[1-2]。无机材料一般利用一些氢氧化物、氧化物或无机盐等无机物制备，具有制备工艺简单、原材料无毒、在高温下无烟、不易挥发以及价格便宜等优点，但是无机阻燃材料中存在大量的添加剂。氢氧化铝、氢氧化镁是常用的无机阻燃剂，可以当作助剂添加到工程塑料或者橡胶当中以达到较好的阻燃、防火的效果。

1 阻燃剂及应用

常用的阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁等。高分子合成材料应用广泛[3-7]，但由于其易燃在诸多方面的应用受到限制。在高分子材料制备过程中利用阻燃剂进行处理，从而使得高分子材料具有了阻燃性能，避免高分子材料在高温下燃烧并阻止火势的蔓延，使得高分子材料能够应用于高层建筑、纺织、运输、航天等领域。随着现代科学技术不断发展和日益进步，人们对生存安全高度重视，使得对阻燃材料的阻燃性、隔热性、防火性、环保性等要求也越来越高。阻燃材料及阻燃剂的研究成为热点，导致阻燃剂的品种越来越多，产量日益上升。据统计，目前全球范围生产的阻燃剂，约有70%用于制作阻燃性材料，约20%用于制作阻燃性橡胶，约5%用于制作阻燃性纺织品，约3%用于制作阻燃性涂料，约2%用于制作阻燃性木材以及纸张。

2 阻燃材料研究概况

随着人们安全意识的增强，阻燃材料在塑料、建筑等行业应用越来越广泛。仍然以有机阻燃材料、无机阻燃材料为主，有机阻燃材料主要含卤素添加剂，燃烧时产生有毒有害气体，而无机材料不但阻燃效果良好，而且在高温下产生可以阻止发烟。另外，无机阻燃材料具有制备原料易得、制备工艺简单、无毒、无腐蚀性以及价格便宜等优势[8]。在美国、日本等发达国家，阻燃材料的应用有超过60%为无机阻燃材料，而有机阻燃材料的应用不足40%。

2.1 氢氧化镁阻燃材料

氢氧化镁熔点高、不易燃，是一种良好的无机阻燃剂，氢氧化镁原料来源广泛、制备过程简单，在高温下具有良好阻燃和抑烟效果。当发生火灾时，绝大部分人并非高温致死，而是因为烟气导致无法正常呼吸而死。因此，阻燃材料的抑烟性能尤为重要。另外，氢氧化镁和其他阻燃剂、各种材料具有良好相容性能，使得氢氧化镁阻燃剂在塑胶、橡胶、建筑、运输等行业应用十分广泛。随着人们安全意识的增强，氢氧化镁未来市场潜力很大。

2.2 氢氧化铝阻燃材料

氢氧化铝是应用比较早的一种无机阻燃剂，氢氧化铝具有本身不燃、价格低等优势，当前氢氧化铝作为无机阻燃剂在各种建筑材料、弹性体、橡胶、涂料以及塑料制品当中占有主导地位。当在一些聚合物中加入氢氧化铝时，该聚合物便具有了消烟、阻燃等功能。氢氧化铝阻燃材料在高温下燃烧时可以生成水蒸气，可燃气体与氧气在水蒸气的存在下减少了接触机会，从而起到阻止火势继续蔓延的效果。通常阻燃材料中氢氧化铝含量越高、阻燃效果越好，但是氢氧化铝含量过高会影响产品本身的强度。此外，虽然氢氧化铝吸热量较大，但是分解温度较低，只能适用在加工温度较低的聚合物中，加工温度过高氢氧化铝可能会转变成为氧化铝。

2.3 卤素阻燃材料

卤素阻燃剂阻燃材料应用最为广泛，年产量巨大。卤素阻燃剂阻燃材料的阻燃机理是材料在高温下或者燃烧过程中释放出卤化氢并且获得自由基，从而阻止传递燃烧链，生成活性低的自由基而减缓燃烧。但是生成的卤化氢有毒，在高层建筑起火时有毒气体对人们就是死亡威胁，因而在高层建筑中应慎用。卤素阻燃剂与高分子材料的相容性较好，因而主要应用于热塑性材料、热固性材料中，在汽车、包装、纺织等行业中也得到广泛的应用。目前卤素阻燃材料应用十分广泛，具有较好的市场前景。

2.3 红磷阻燃材料

磷酸盐、红磷等属于无机磷系阻燃剂的范畴，红磷不但具有抑烟、高效的优势，而且具有无毒的特点，是较好的阻燃剂，因而应用比较广泛。但是，红磷阻燃材料在高温或燃烧时容易被氧化，并且释放有毒有害气体。此外粉尘容易导致爆炸，在树脂混炼以及模塑加工中存在一定的危险性，因此，红磷阻燃材料的应用受到一定的限制。好在红磷阻燃剂与金属氢氧化物具有较好的相容性，因此在红磷阻燃材料中加入适量的金属氢氧化物使其性能得到改善，一定程度上解决了红磷阻燃高分子材料的毒性问题[9]。

2.4 二氧化硅阻燃材料

有机阻燃材料通常具有燃烧时产生有毒、有害气体的缺陷。硅灰SiO2含量86%(质量分数)，密度1.62 g/cm，勃氏比表面积25 m/g。采用硅灰来制备新型无机阻燃材料，可有效解决有机阻燃材料存在的缺陷。为改善硅灰基阻燃材料的阻燃性能，文献[6]作者拟采用聚丙烯酰胺对其改性，制备了一种有机-无机杂化新型硅灰基阻燃材料，阻燃性能良好。

3 阻燃材料发展趋势

3.1 无卤素、无磷阻燃材料

卤素阻燃材料阻燃性能良好，是当今市场上阻燃材料的主打产品。但是，卤素阻燃材料在高温或燃烧时会产生卤化氢等有毒、 有害、有腐蚀性的气体，可以导致环境污染，火灾现场的人们呼吸困难，导致电路短路以及金属物件的腐蚀。红磷阻燃剂阻燃效率高、用量少，在多个行业受到青睐。但是，红磷阻燃剂稳定性需要进一步研究和加强，另外红磷容易产生爆炸以及容易着色，燃烧时也会产生大量的有毒有害气体。据了解，英国、澳大利亚等国家明确规定塑料制品须进行燃烧毒性试验，这就要求开发新的无卤素、无磷阻燃材料[10]。

3.2 无有毒有害气体及烟尘阻燃材料

在火灾中，大多数人并非因为高温而死亡，多数是由于可燃物在燃烧过程释放出有毒、有害气体，导致中毒或吸氧不足而死。因而，研发新型无毒、无害、燃烧过程不产生或较少产生有毒、有害气体和烟尘、阻燃性能良好的阻燃材料是当前阻燃领域重点研究方向。目前主要通过添加过渡金属氧化物、镁-锌复合物、金属氢氧化物、氧化锡、二茂铁、氧化铜等抑烟剂解决火灾中烟尘过多的问题。新型抑烟剂，燃烧无有毒、有害气体产生的阻燃剂是今后阻燃材料研发的趋势。

4 结论

本文对阻燃材料研究及应用现状与趋势进行了分析与综述，阻燃剂、阻燃材料种类繁多，目前主要应用的有氢氧化镁阻燃材料、氢氧化铝阻燃材料、卤素阻燃材料、红磷阻燃材料、二氧化硅阻燃材料等，各种阻燃材料各具有优缺点。从各个国家及人们对阻燃材料的期待上看，新型廉价、燃烧过程无烟、无有毒有害气体产生、阻燃性能良好的阻燃剂及阻燃材料是未来的发展趋势，必将成为阻燃领域的研究重点。本文对于开发新型有机-无机杂化阻燃材料具有一定的参考价值。