聚烯烃阻燃剂的应用研究

巩玉红 王晓

摘要：本文对聚烯烃阻燃剂的性能和应用进行了分析研究，并对其发展进行了展望。

关键词：聚烯烃阻燃剂;性能;应用

聚烯烃作为一种高分子材料被广泛应用于工业、农业、建筑业、日用消费行业等方方面面，在满足其功能性需要的同时，由于聚烯烃基材易燃的特性，其阻燃安全性能也是必不可少的需要之一，且随着各层次环保要求的逐渐提升，对聚烯烃材料阻燃剂的阻燃环保要求也越来越高。如欧盟的CE标识，《日本消防法》，《中华人民共和国消防法》，《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》均对材料阻燃要求有着明确的规定，因此，安全环保阻燃剂的研究成为了热点。

1阻燃剂性能分析

1.1卤系阻燃剂

卤系阻燃剂为目前全球产量最大、应用最广泛的阻燃剂，其具有添加量低以及阻燃效率高等优点，在商业应用中溴系阻燃剂用量更大、应用也更广泛。但卤系阻燃剂尤其是含溴苯醚类阻燃剂，在燃烧过程中生成溴化氢、二噁英、苯并呋喃等具有腐蚀性、刺激性以及致癌性的有毒物质，严重地危害到自然环境与人类健康。

1.2无机阻燃剂

無机阻燃剂在阻燃剂家族中具有非常重要的地位，由于其毒性、腐蚀性以及成本低廉且在燃烧时释放的有毒气体、烟雾较少，因此它是最早应用于聚烯烃阻燃的阻燃剂之一，工业用量最大的是氢氧化铝以及氢氧化镁。但一般其添加量为50%～60%时，材料才具有良好的阻燃性能，存在着添加量大、阻燃效率低等缺点，且大量添加亦会对基材性能有明显影响。常采用添加相容剂和超细化进行表面改性及微胶囊化处理，或与其他阻燃剂复配改进其缺陷。

1.3膨胀型阻燃剂

在无卤阻燃体系中，阻燃效率最佳的是膨胀型阻燃剂。阻燃剂燃烧时通过物理或化学作用在基材表面形成一层隔热、隔氧的炭层，从而通过隔热、隔氧和阻止裂解产物挥发而产生阻燃作用，具有无卤、燃烧时低烟低毒、无熔滴等优点被认为是一种极具发展潜力的绿色阻燃剂。

其中化学膨胀阻燃剂应用较多。化学膨胀阻燃剂通常包括酸源（脱水剂）、炭源（成炭剂）和气源（发泡剂）3个部分，各组分之间在燃烧时发生化学反应生成多孔性膨胀炭层，以达到阻燃目的。是各类阻燃方案中最成熟高效的方案之一，该体系表现出更高的阻燃效率，其添加量在20%～30%，同时在极限氧指数，垂直燃烧测试都有优异的效果。

1.4磷系阻燃剂

磷系阻燃剂可分为两种：无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。无机磷系阻燃剂主要有聚磷酸铵、红磷和三聚氰胺盐等，有机磷系主要有磷酸酯类阻燃剂、磷腈类和磷杂菲化合物等，而对于磷系阻燃剂来说对其改性和复配阻燃是其工作的重点。

磷系阻燃剂的阻燃机理主要是凝聚相阻燃和气相阻燃，具体过程是在材料燃烧时通过磷系化合物的热分解，并且产生水气、磷酸、偏磷酸等活性自由基，能够有效降低燃烧周围的温度，产生的水蒸气或一些惰性气体还能稀释周围的助燃和有毒气体，产生的磷酸和偏磷酸能够附着在材料的表面，起到阻隔的作用，同时还可以作为酸源来促进成炭，活性游离基还能够阻断气相中的燃烧链式反应从而阻止燃烧。通过对红磷进行包覆的方法来制得微胶囊化红磷和各种有机磷系阻燃剂用量可达20%以下，不同类型不同处理复配方式添加量差异较大。

1.5有机硅系阻燃剂

有机硅不具有多碳结构，不易成炭，在聚烯烃中单独使用效果较差，通常需要与其它阻燃剂协同使用，才能满足实际效果。有机硅系阻燃剂主要包括聚硅氧烷、倍半硅氧烷等，商品化的有机硅系多为国外产品。有机硅与膨胀型阻燃体系复配，阻燃体系热稳定性提高，燃烧时膨胀炭层抗氧化能力提高，热释放速率大幅度降低。

1.6生物基阻燃剂

由于现在对环境的保护和资源的可循环性的要求，生物基阻燃剂的可降解、无毒等绿色可循环的优势必将成为阻燃剂研究的热点。有人通过开环反应，将不同的磷基团引入植物油主链中制备出生物基阻燃剂，加入7.5% 的量就有很好的阻燃效果。

2阻燃剂发展趋势

2.1多元化

对传统阻燃剂改造处理。通过微胶囊技术，即指将物质包裹于数微米至数百微米的微小容器中，从而起到保护和控制释放等作用，目前将无机或有机的阻燃剂进行微胶囊化的研究正处于阻燃剂新技术的热点，并已从研制阶段进入实用阶段。通过纳米技术把无机阻燃剂或其他填充剂处理后填充到聚烯烃中，以改善其使用和阻燃性能。

化学合成新的阻燃剂。化学合成新的成炭剂得到更好的膨胀性阻燃剂。反应型阻燃剂主要通过结构设计制备新型阻燃聚合物或在现有聚合物的基础上化学改性，即通过与链中或作为悬垂基团的阻燃单元共聚、与大分子链接枝、交联等方法实现，是一种能与聚合物永久结合的阻燃剂。所得聚合物不仅阻燃、耐高温，还能改善加工性能，研究表明，即使将单位质量的百分之几加入到聚合物链中，也能明显改善体系的阻燃性能。

各种阻燃剂的复配。一般讲单一的阻燃剂效果都不理想，往往通过各阻燃剂复合使用，通过协同效应取长补短，达到及改善使用功能又提高阻燃效果的目的。对于阻燃剂的复配，优势明显的是有机硅类阻燃剂与其他阻燃剂的复配。有机硅与膨胀型阻燃剂的复配，传统膨胀型阻燃剂都有吸潮的缺点，复配后在燃烧过程中形成了致密的膨胀炭层，隔氧隔热，阻燃效果明显。

2.2改进加工工艺

为解决阻燃剂在加工过程中与聚合物基材发生反应，或添加型阻燃剂在材料表面迁出，或阻燃剂在基体中的相容性、分散性差等导致材料阻燃性及综合性能下降。近年来对增强膨胀阻燃体系所形成炭层的强度，特别是对炭层黏度和熔体强度的流变学特征研究，正逐步形成研究热点。同时，对于炭层流变学特征的研究也有助于揭示粘度等参数对阻燃性能的影响。

3结束语

随着高性能阻燃剂需求的不断增加，阻燃性能和力学性能对于其应用同样重要，因此需要研究更高效率的阻燃剂来降低其在聚烯烃中的添加量，或研究阻燃剂不同结构形式对聚烯烃性能的影响。聚烯烃的阻燃应朝着具备高效、持久的阻燃性、良好的基材相容性以及环境友好性等方向发展。

参考文献：

[1] 蔡坤鹏，黄淼铭，刘文涛等.无卤阻燃剂合成及应用研究进展[J].工程塑料应用，2021（1）：152-156.

[2] 李宝钗，李小科，陈国文等.有机硅阻燃剂在聚烯烃应用中的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2020（9）：157-163.