阻燃机理和阻燃剂分类大全

聚丙烯(PP)作为五种通用塑料之一，其产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，其消费、医药、家电、食品包装、建筑等领域。

然而，聚丙烯的缺点之一是其易燃性。燃烧过程中产生的17-18%低氧指数值和大量熔滴容易引起火灾并迅速蔓延，极大地限制了聚丙烯基材料的广泛应用。因此，聚丙烯阻燃剂的研究在聚丙烯材料的发展中起着至关重要的作用。

你对聚丙烯阻燃剂了解多少？

聚合物阻燃通常通过气相阻燃、凝聚相阻燃和中断热交换阻燃来实现。然而，燃烧和阻燃是一个非常复杂的过程，涉及许多影响和限制因素，许多阻燃系统通常同时使用几种阻燃机制。

1. 气相阻燃机理

阻燃功能主要包括：

（1）阻燃材料在加热或燃烧时会产生自由基抑制剂，从而中断燃烧链反应。卤素阻燃剂主要用于阻燃。卤素化合物的阻燃研究获得了阻燃效果HI>HBr>HCl>HF。此外，磷还能阻燃气相，其阻燃机制类似于卤素捕获自由基理论。

（2）阻燃材料在加热或燃烧过程中产生细颗粒，可促进自由基结合，终止链燃烧反应。例如，在可燃气体中混合一定量的惰性颗粒不仅能吸收燃烧热，降低火焰温度，还能将大量的高能氢自由基转化为低能氢过氧基自由基，抑制气相燃烧。

(3)阻燃材料在加热或燃烧时释放大量惰性气体或高密度蒸汽，稀释氧气和气体可燃产物，降低可燃气体温度，导致燃烧终止。后者覆盖可燃气体，隔离与空气的接触，使燃烧窒息。在燃烧温度下释放一些阻燃剂，如聚磷酸铵、硼酸和三聚氰胺NH3、H2O和N2.这些气体可以稀释气相中可燃气体的浓度，降低聚合物基底和火焰区域的温度，减缓热裂解反应，降低到火灾极限以下，并发挥气相阻燃作用。

2. 凝聚相阻燃机理

固体物质在凝结相中延迟或中断可燃气体的分解反应，以防止燃烧。 它主要以四种方式实现：

(1) 阻燃剂在固相中延迟或阻止可燃气体和自由基的热分解。

(2) 阻燃材料中比热容大的无机填料不易通过蓄热和导热分解。

(3) 阻燃剂热分解吸热，减缓或停止阻燃材料的加热。氢氧化铝和氢氧化镁是目前常用的阻燃剂。

(4) 阻燃材料燃烧时，在其表面产生多孔碳层，阻燃、隔热、隔氧，防止可燃气体进入燃烧气相，导致燃烧中断。膨胀阻燃剂按此机制阻燃。

3. 中断热交换阻燃机理

这意味着带走聚合物燃烧产生的部分热量，使材料不能保持热分解温度，因此不能继续产生可燃气体，因此燃烧自熄。例如，当阻燃材料被强热或燃烧时，熔化材料滴落会带走大部分热量，导致燃烧延迟，较终可能停止燃烧。

常用的聚合物阻燃剂是： 含有N、P、Cl、Br、Al、Mg、Si、B有机物、无机物等元素。

由于聚丙烯（PP）单体内无活性基团，反应阻燃剂不适用于聚丙烯。常用的阻燃剂是： 卤素、磷、无机氢氧化物、硅化合物和膨胀阻燃剂。

1. 卤系阻燃剂

卤素阻燃剂是世界上较大的有机阻燃剂之一，添加量少，阻燃效果显著，溴阻燃剂用量为10wt约%时，材料氧指数可达25%以上。含氯或溴的阻燃剂广泛应用于聚烯烃阻燃剂。

例如，含氯阻燃剂主要包括氯化石蜡、氯化聚乙烯等。十溴二苯乙烷含有溴阻燃剂（DBDPE）、十溴联苯醚(DBDPD)、八溴联苯醚(OBDPO)、四溴联苯醚(TBDPO)、四溴双酚A(TBA),六溴环十二烷(HBDC)、乙烷双(三嗅苯氧)TBA/PC十溴二苯乙烷是应用较广泛的低聚物。十溴二苯乙烷与三氧化二锑的结合对聚丙烯阻燃有很好的协同作用。阻燃剂在分解过程中产生阻燃剂HBr，因此，阻燃效果好，应用广泛

卤素阻燃剂也有以下缺点：

(1) 卤化氢气体在高温明火下释放，并伴有烟雾，易引起窒息；

(2) 卤素阻燃剂（特别是多溴苯醚）大多能分解产生可提取的有机化合物，是一种持久的环境有机化合物，具有亲脂疏水、难降解等特点，能丰富人体，对人体健康危害极大。

因此，近年来，欧洲逐渐提出了禁止多溴苯醚的相关法律法规，禁止范围也逐渐扩大。到目前为止，欧盟**已经发布了《关于禁止在电子设备中使用某些有害物质的指令》。在日益严格的环境法规的压力下，卤素阻燃剂的研发面临着巨大的挑战。

2. 磷系阻燃剂

>>>>有机磷系阻燃剂

分类:含磷酸酯、亚磷酸酯、有机盐、氧化磷、磷多元醇和磷氮化合物，但含卤磷酸酯(含卤磷酸酯)具有阻燃和增塑的双重功能PVC大量应用)。

机制：有机磷阻燃剂在火灾早期聚合物分解阶段发挥作用。它能促进聚合物的脱水和碳化，使聚合物不产生可燃气体，形成保护性炭膜，隔离外部空气和热量。

>>>>含磷无机阻燃剂

分类：主要产品有红磷、磷酸铵、聚磷酸铵(APP)，磷酸氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵等磷酸盐。

其他:随着无卤阻燃剂材料用量的增加，含磷无机阻燃剂的用量也在增加，红磷和卤阻燃剂的使用可以提高阻燃效率。聚磷酸铵(APP)热稳定性好，热分解温度250℃分解释放氨和水，产生磷酸。

3. 无机阻燃剂

机制：无机阻燃剂的阻燃作用主要是通过储存和导热材料达不到分解温度或通过阻燃剂分解吸热，减缓或终止阻燃材料的温升。

优点：具有热稳定性好、阻燃、无毒、无挥发、无腐蚀性气体、烟量小、无二次污染等优点

分类：是低卤阻燃系统的主要原料，主要包括氢氧化镁、氢氧化铝、滑石等。氢氧化镁和氢氧化铝被广泛使用，但由于热解温度不同，水量不同，阻燃效果不同。

4. 含硅阻燃剂

硅阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，是一种碳抑烟剂，不仅能提高聚合物的加工性能，还能提高聚合物的机械强度。

优点：硅阻燃剂高效、无毒、低烟、无熔滴、无污染。

分类：根据其组成结构，可分为无机硅阻燃剂和有机硅阻燃剂。

>>>>硅阻燃剂

一般指多孔硅酸盐阻燃剂和层状硅酸盐阻燃剂。

>>>>硅酮阻燃剂

阻燃机理：聚合物材料燃烧时，有机硅产生碳化硅，防止挥发物逃逸，隔离氧气与树脂接触，防止熔体滴落，达到阻燃目的。

硅油、硅树脂、硅橡胶、硅烷醇酞胺等主要有机硅阻燃剂。

5. 膨胀阻燃剂

膨胀阻燃剂(IFR)以碳、氮、磷为主要成分的阻燃剂一般由三部分组成：

(1) 碳源(或碳化合物):淀粉、糊精、季戊四醇、双季戊四醇、山梨醇、木质素、聚酰胺、酚醛树脂等富碳多羟基物质。

(2) 酸源(或脱水剂):多为无机酸或高温酸盐，如酸、硼酸、硫酸、硫酸铵、磷酸铵、聚磷酸铵、聚磷酸盐、三聚氰胺磷酸盐等。

(3) 气源(或发泡剂)：多为含氮、碳的化合物，如脲醛树脂、尿素、聚酰胺、双氰胺、三聚氰胺等。

常见的膨胀阻燃剂系统包括：

(1) 磷-氮单质膨胀阻燃剂(集酸源、碳源、气源于一体IFR)；

(2) 混合膨胀阻燃剂(复合气源、碳源、酸源按一定比例)；

(3) 聚磷酸铵(APP)膨胀阻燃系统；

(4) 双氰胺、胍及脲及其盐。