阻燃剂的概念、分类以及机理

上图为阻燃材料的检测仪器

阻燃概念、分类、机理。

一、概念。

阻燃剂是一种能防止聚合物引燃或抑制火焰继续蔓延的添加剂。磷、溴、氯、氮系阻燃剂、磷、卤系阻燃剂、磷、氮系阻燃剂、锑、铝等化合物是***常用、***重要的阻燃剂。见下：

(1)溴阻燃剂含溴阻燃剂是目前应用***广泛的阻燃剂之一，包括脂肪族、脂环族、芳香族和芳香-脂肪族含溴化合物。这种阻燃剂阻燃效率高，阻燃效果是氯第阻燃剂的两倍，相对添加量少。

(2)氯系阻燃剂氯系阻燃剂由于价格低廉，仍被广泛使用。氯含量***的氯化石蜡是工业上重要的阻燃剂，但热稳定性差，仅适用于加工温度低于200℃的复合材料。氯化脂环烃和四氯邻苯二甲酸酐热稳定性高，常用作不饱和树脂的阻燃剂。在热解过程中，其机理分解捕获传递燃烧自由基的X和HX。HX可以稀释可燃物裂解时产生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触。

(3)磷是一种阻燃剂，有机磷化物是一种添加型阻燃剂燃烧过程中产生偏磷酸，可形成稳定的多聚体，促进可燃物脱水炭化，防止或减少可燃气体的产生。在热解过程中，偏磷酸还形成覆盖在可燃物表面的玻璃状熔融物，促使其氧化产生二氧化碳，起到阻燃作用，这类阻燃剂主要有磷(膦)酸酯、含卤磷酸酯和卤化磷，如TPP.BDP.RDP.RDXP.CEPPA.DMMP.TCPP.TCEP等，广泛应用于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等。

(4)在氮阻燃剂中，氮的化合物和可燃物促进交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生不燃气体，稀释可燃气体。

(5)无机阻燃剂无机阻燃剂是根据其化学结构习惯分离出来的一种阻燃剂，包括氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌。

(6)磷-卤系阻燃剂。磷-氮系阻燃剂主要通过磷-卤、磷-氮的协同作用达到阻燃目的，具有磷-卤、磷-氮的双重作用，阻燃效果更好。

阻燃剂也可以分为两类:无机阻燃剂和有机阻燃剂。

1)有机阻燃剂以溴、氮、红磷和磷化合物为代表；

2)无机主要是磺酸盐系列、次磷酸盐、三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、硅系等阻燃系统。

从有无卤簇元素的角度对阻燃剂进行分类：有卤阻燃剂和无卤阻燃剂。

1)有卤阻燃剂，如十溴二苯乙烷、十溴联苯醚、溴化双S醚、溴化三嗪、BC52/BC58等。

2)PC专用无卤透明阻燃剂、磷氮互配阻燃剂(APP.MCA.MPP)、聚甲基苯基硅氧烷等无卤阻燃剂。

二、阻燃机制系统介绍。

阻燃剂通过吸热、覆盖、抑制链反应、不燃气体窒息等多种机制发挥阻燃作用。大多数阻燃剂通过几种机理共同作用达到阻燃目的。

1、吸热

任何燃烧在短时间内释放的热量都是有限的。如果能在短时间内吸收火源释放的部分热量，火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面并作用于将气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应就会得到一定程度的抑制。在高温条件下，阻燃剂发生强烈的吸热反应，吸收燃烧释放的部分热量，降低可燃物表面温度，有效抑制可燃气体的产生，防止燃烧蔓延。

Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理是提高聚合物的热容，使其在达到热分解温度之前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性能。这种阻燃剂充分发挥其结合水蒸气时大量吸热的特点，提高其自身的阻燃能力。

2、覆盖作用

在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂可以在高温下形成玻璃状或稳定的泡沫覆盖层，隔离氧气，具有隔热隔氧的作用，防止可燃气体向外逸出，从而达到阻燃的目的。如果有机阻磷阻燃剂受热，可以产生结构更稳定的交联固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面可以防止聚合物进一步热解，另一方面可以防止内部热分解产生物进入气相参与燃烧过程。

3、抑制链反应

根据燃烧链反应理论，维持燃烧需要自由基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，防止火焰传播，降低燃烧区的火焰密度，***终降低燃烧反应速度，直至终止。例如含卤阻燃剂，其蒸发温度与聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发。此时，含卤阻燃剂和热分解产物同时位于气相燃烧区，卤素可以捕捉燃烧反应中的自由基，从而防止火焰传播，降低燃烧区的火焰密度，***终降低燃烧反应速度直至终止。

4、不燃气体窒息

阻燃剂加热时分解不燃气体，将可燃物分解的可燃气体浓度冲淡至燃烧下限以下。同时，它还可以稀释燃烧区度，防止燃烧继续进行，达到阻燃的效果。