浅析阻燃剂的应用与发展

张燕丽

【摘 要】在简要介绍阻燃剂阻燃机理的基础上，分别从民用、军用领域分析了各种阻燃剂的应用现状及优缺点，指出了阻燃剂未来发展趋势。

【关键词】阻燃剂;微胶囊化;发展趋势

中图分类号： TQ320.4文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）30-0231-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.118

随着城市工业的不断发展，塑料、橡胶、纤维等高分子材料大量应用，由之引发的火灾日趋频繁，加之这些高分子聚合物燃烧时常伴有火焰、浓烟、毒气等，给人们生活和社会环境带来严重危害。因此，积极推广应用和发展阻燃材料，对于提高防火安全性具有重要意义。

1 阻燃机理

火灾通常是由可燃物燃烧引发，而燃烧必备三个条件：可燃物、助燃物和点火源。阻燃材料大都是通过添加阻燃剂来达到阻燃效果的。阻燃剂就是在可燃物燃烧过程中能阻止或抑制其物理或化学变化的速度，使燃烧减慢、终止或难以燃烧的一种物质[1]。针对燃烧的三个必备条件，阻燃的途径可分为以下几种：

1.1 在固相中发挥作用

阻燃剂使可燃物的表面进行炭化，从而达到阻止燃烧的效果。这种阻燃剂主要是磷类阻燃剂（包括有机磷和无机磷类）。

1.2 在液相中发挥作用

阻燃剂在燃烧过程中形成不挥发隔膜覆盖在燃烧物品表面，达到隔绝空气阻燃效果的目的。这种阻燃剂主要有硼酸盐、卤化物、氧化锑和磷类材料，或者这几种材料间的相互反应生成的物质。

1.3 在气相中发挥作用

在燃烧过程中产生的氢氧自由基连锁反应是导致燃烧的根源之一，阻燃剂的分解产物将产生的氢氧自由基切断从而达到阻燃的目的。主要是卤化物和氧化锑。

1.4 燃烧物的分解和可燃物质的稀释

这种阻燃机理主要是因在燃烧过程中燃烧物的分解吸收大量的热、同时在燃烧过程中所产生的不燃物质使可燃性气体變稀薄，导致燃烧条件不充分而达到阻燃的目的。

多数阻燃剂是通过若干途径共同作用达到阻燃目的。

2 阻燃剂的应用

随着防火需求的增加，阻燃剂在民用、军用领域都得到了广泛应用。

2.1 在民用领域的应用

2.1.1 卤系阻燃剂

卤系阻燃剂目前在国内外的应用主要可分为氯系阻燃剂及溴系阻燃剂。氯化石是氯系阻燃剂的主要成分。我国阻燃剂产品中有83%左右是氯系阻燃剂，主要种类有52型氯化石蜡和40型氯化石蜡两种。其的发展方向是70型氯化石蜡，无论是在环保还是可制备性、高阻燃性方面都比较好。现阶段我国的70型氯化石蜡生产量只占氯系阻燃剂生产量的30%左右，较小的生产规模并且分散不均匀，制备时容易产生污染，因此其质量与合成材料应用的要求还存在较大的差距[2]。

氯化聚乙烯常作为阻燃剂主要应用于塑料工业，其含氯量为30%～40%，但由于其热稳定性较差，没有得到广泛的应用。与国内相比，全氯环戊癸烷和反应型氯系阻燃剂氯菌酸已经在国外得到应用，效果比较好。

多溴二苯醚是溴系阻燃剂的主要产品，在燃烧过程中由于物品燃烧后热分解会产生有剧毒的溴化二苯并二英和溴化二苯并呋喃，不利于救援。为此，各国针对多溴二苯醚阻燃剂的安全性问题进行了充分的讨论，力图加快阻燃剂的无卤化过程。但由于其具有优良的性能且价格适中，寻找溴系阻燃剂代用品比较困难，故迄今为止尚无任何国家明文禁用。国外多家权威性机构发布报告认为，多溴二苯醚安全性值得信赖。在国际化学品安全计划委员会的声明中，溴系阻燃剂对人类与环境危害比较有限，只要加强对其的有效管控就可以，没有必要禁止使用。综上所述，在溴系阻燃剂还没有找到合适替代品的前提下，溴系阻燃剂在世界范围内，尤其是发展中国家不仅会使用相当长时间，而且还将保持相当的增长速度。目前在东南亚、日本、美国多溴二苯醚的需求量仍高居首位[3]。已经广泛使用的有四溴双酚A、溴化聚苯乙烯、聚丙烯五溴苄酯、1，2-双（五溴苯基）乙烷、四溴双酚A碳酸酯低聚物、溴代环氧树脂、聚二溴苯醚、六溴环十二烷、三溴苯基烯丙基醚、聚二溴苯乙烯、八溴醚、TBC、HBCD等。

2.1.2 非卤系阻燃剂

无机阻燃剂和膨胀型阻燃剂是非卤系阻燃剂研究的主要领域，包括氢氧化物、红磷、硼酸锌、氧化锑和膨胀型阻燃剂等[4]。

氢氧化铝和氢氧化镁由于不含卤素、不产生有毒物质、燃烧过程不挥发等许多显著特性而成为使用量最大的两种无机阻燃剂，特别是氢氧化镁，因其同时还具有良好的抑烟、消烟性能，从而在阻燃以及协同阻燃等诸多方面很受重视。

在阻燃剂当中，红磷具有高效的阻燃性能，但由于它在摩擦碰撞时易燃，为了能够利用其阻燃性能，红磷包覆技术是解决其摩擦易燃特性的很好方法，现阶段主要采用的包裹技术是高碳聚物或金属氢氧化物。在我国，由于红磷作为阻燃剂未广泛使用，故国内研制开发较少。

硼酸锌和水合硼酸盐都是低熔点化合物，在燃烧中能够形成玻璃状涂层覆盖于聚合物之上而组织燃烧。硼酸锌一般与其他阻燃剂放在一起进行复配使用可以得到优异的阻燃和抑烟效果。

三氧化二锑作为无机阻燃剂的一种，在我国的应用时间比较早，而且它也可以和其他卤素阻燃剂作为协同达到较好的阻燃效果，因此在阻燃材料中有着广泛的应用。但由于三氧化二锑在燃烧的过程中会产生有毒的物质，所以近年来国内外都在寻找替代品，其应用在不久的将来也会降低。因此，阻燃技术近年来正向非锑化方向发展。目前，能部分或全部取代三氧化二锑的助阻燃剂主要有锌盐类、锆化合物和钼化合物。无机阻燃剂超细化、表面处理技术已成为当今阻燃技术开发的一个热点，我国已经对此进行了开发。

膨胀型阻燃剂是一种以氮、磷为主要组成的新型复合阻燃剂，因为该类阻燃剂在受热时发泡膨胀，故称为膨胀型阻燃剂，作为一种高效的低毒环保型阻燃剂，它不含卤素，也不采用协效剂。从21世纪初开始，膨胀型阻燃剂已经进行了研究应用，并被公认为是实现阻燃剂无卤化的有效途径之一，特别是在纺织品的阻燃整理中也极具潜力[4]。目前，膨胀型阻燃剂由于与聚合物相容性差，引起被阻燃基质的物理力学性能、电性能降低等因素在一定程度上限制了其应用范围。

2.2 在军用领域中的应用

在军用领域，阻燃剂主要用于以下几个方面：

2.2.1 阻燃涂料

在机关楼房、机密设施、武器设备、航天航空、防护设施等表面利用纳米复和技术和膨胀技术能够有效增强阻燃性能。例如在建筑装修过程中在钢材上使用的防火阻燃涂料，钢结构防火涂料喷在钢材表面，起到防火隔热的作用，防止钢材在火灾中升温变形引起强度变低，造成更大的危害。现阶段我国在外形钢结构防火涂料方面正在向图层薄化、施工比较方便、具有较好的耐火性能、装饰性也比较强，同时还向无毒无害且具有较强的耐腐蚀性的方向发展。同时在建筑领域木材的应用也比较广泛，木材阻燃产品在我国的发展前景广阔，通过采用聚磷酸铵阻燃剂或者氨基树脂固定阻燃剂来进行阻燃是目前我国在木材上应用的主要方法。而且通过复配的阻燃技术阻燃效果突出，研究的较多[5]。

2.2.2 人员装备防护

比如阻燃迷彩服、阻燃防弹防护服、阻燃手套、装包、阻燃毛毯、阻燃线缆及航空服等[6]，这些装备能有效地抵御各种火情对人员和设备的伤害，保障官兵在执行任务时的安全。在防护服这一领域，目前我国应用较为广泛的是芳纶混纺阻燃服，且现阶段我国已有企业研发了以纤维素阻燃纤维为基材，以对位芳纶为骨架混纺而成的芳纶混纺阻燃面料，同时也兼顧了衣料的舒适性、阻燃性和热收缩性[6]。

3 阻燃剂的发展趋势

阻燃剂的发展主要体现在以下几个方面：

（1）非卤化、抑烟化和无毒气体化趋势。非卤化阻燃剂由于在燃烧过程中不会产生有毒或腐蚀性的气体而且产生的烟雾也比较少，因此比卤系阻燃剂具有更好的环保性肯定会成为阻燃剂开发应用的主要趋势[7]。现阶段各国已经在这方面投入较大，其发展前景比较广阔。

（2）表面化处理。现在市场上研制的阻燃剂因与聚合物的相容性不好而损坏其机械性能。然而通过用表面处理剂可以改变这一缺点，通过表面处理剂不仅能够减小阻燃剂的加入对材料机械性能的影响，而且还能保持材料的加工性能。

（3）微胶囊化技术的运用。通过采用微胶囊化技术[8]能够改变一些阻燃剂的机械性能，尤其是对于那些具有较大的阻燃剂颗粒，通过对阻燃剂的微胶囊化和纳米化不仅可以增大阻燃剂和阻燃材料的相容性而且还可以降低阻燃剂的用量，提高阻燃材料的经济性。

（4）协同效应。将几种不同的阻燃剂进行复配，混合使用，不但可以提高阻燃效果，还可使材料的物理机械性能的损坏减小到最小。协同体系阻燃效果好、成本低，既可阻燃又可抑烟，还具有气体一些特殊功能，前景十分广阔，正不断开发出新的品种。

（5）提高阻燃剂的热稳定性。由于阻燃材料在燃烧过程中要经受较高的温度，因此阻燃剂的热稳定性能也是考验阻燃剂阻燃性能的重要方面，因此合成具有热稳定性能高的阻燃剂是提高阻燃材料的阻燃性能的关键，也会是阻燃剂的一个发展方向。

【参考文献】

[1]刘米达.新型阻燃剂的合成及其性能研究见[J].天津大学工程硕士学位论文，2006，12-1.

[2]吴国华.浅析阻燃剂的应用现状及发展前景[J].工业技术，2013，12：82.

[3]梁诚.我国阻燃剂生产现状与发展趋势[J].化工新型材料，2001，8：6-7.

[4]王洋.有机磷系阻燃剂的合成与应用研究[D].大连理工大学硕士论文，2007.

[5]宋军.阻燃剂在建筑材料中的应用进展[J].广东化工，2007，7（11）：76-77.

[6]张燕梅，房戈，赵阿卿等.阻燃服面料三大特性[J].劳动防护，2015，（12）：100-102.

[7]冯建新，刘敏江，刘道文.膨胀型阻燃剂及膨胀阻燃聚丙烯性能的研究[J].热固性树脂，1999（4）：37-40.

[8]范维澄，瞿保钧，沈效峰，等.微胶囊化红磷增效氢氧化镁阻燃聚乙烯的燃烧特性[J].火灾科学，2001，10（2）：72-75.