阻燃剂

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料助剂手册》第562页（2065字）

【释文】：

与无机材料相比，塑料等有机高分子材料的耐热性和耐燃性远为逊色。它们受热易分解，遇火易燃烧。因此，在塑料的稳定化中，阻燃是一个重要课题。特别是近年来塑料制品在建筑、交通工具、电气电子、日用家具等领域的应用日趋扩展，阻燃问题越发突出，它不仅具有经济上的意义，而且还有着保护人身安全的重要性。由塑料燃烧而导致火灾的危险迫使许多国家制定了法规，对其燃烧性能及应用作了严格限制。同时，阻燃剂的研究和应用受到了极大重视，成为塑料助剂中发展最快的品种。

聚合物的燃烧是一个非常激烈复杂的热氧化反应，具有冒发浓烟或炽烈火焰的特征。燃烧的一般过程是在外界热源的不断加热下，聚合物先与空气中的氧发生自由基链式降解反应，产生挥发性可燃物，该物达到一定浓度和温度时就会着火燃烧起来。燃烧所放出的一部分热量供给正在降解的聚合物，进一步加剧其降解，产生更多的可燃性气体，火势在很短的时间内就会迅速蔓延而造成一场大火。

阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。根据其使用方法可分为添加型和反应型两类，添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中掺入塑料中，多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合物分子链上，多用于热固性塑料，有些反应型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构，阻燃剂又可分为无机和有机两类，在这些化合物中多含有卤素和磷，有的含有锑、硼、铝等元素。

阻燃剂的作用机理目前研究的还很不深入，但其基本功能在于干扰氧、热和可燃物这三个维持燃烧的基本要素，这可通过如下几个途径实现。

(1)阻燃剂分解产生较重的不燃性气体或高沸点液体，覆盖于塑料表面，隔绝氧气和可燃物的相互扩散。

(2)通过阻燃剂的吸热分解或吸热升华，降低聚合物表面温度。

(3)阻燃剂产生大量不燃性气体，冲淡燃烧区域的可燃性气体浓度和氧浓度。

(4)阻燃剂捕捉活性自由基，中断链式氧化反应。

一种阻燃剂可通过一种或多种方式发挥阻燃效能。以下简要介绍几类主要阻燃剂的作用机理。

1．含卤化合物

有机类和无机类含卤阻燃剂的作用机理是类似的，都是捕捉活性自由基。在高温下含卤阻燃剂分解产生的卤原子，与聚合物反应生成卤化氢。其与高活性羟基自由基或氢原子反应，生成水或氢气，从而中断链式氧化过程，使燃烧减缓，以至停止。反应过程如下：

卤素的阻燃效果是溴＞氯＞碘＞氟，溴的效果最好，这是因为碳溴键的离解能比碳氯键的离解能低，氟几乎没有阻燃作用。

2．含磷化合物

磷化合物的阻燃效果相当大，燃烧时生成的偏磷酸可聚合成稳定的多聚态，成为塑料的保护层，隔绝氧和可燃物，磷酸能促进塑料的炭化。当磷与卤素共存时阻燃效果更大，两者反应生成的卤化磷(如PBr₃、PBr₅等)具有较大的蒸气密度，覆盖于火焰表面可隔绝氧气和冲淡可燃物，同时产生的卤化氢又可捕捉活性自由基。

3．三氧化二锑与卤化物

三氧化二锑本身并无阻燃效果，但在卤化物的存在下却显示很大的协同效应。因为两者在塑料表面层反应生成挥发性的卤化锑(如SbCl₃)和卤氧化锑(如SbOCl)，它们的挥发可以吸收热量，同时产生的气体可以隔绝氧气和冲稀可燃物。

对于添加型阻燃剂来说，应满足如下性能要求。

(1)阻燃效率高，可赋予塑料良好的难燃性和自熄性。

(2)与塑料的相容性好，易分散。

(3)在塑料的加工温度下不分解。

(4)不降低塑料的力学性能、电性能、耐候性等使用性能。

(5)耐久性好，能长期保留于制品中发挥阻燃效用。

(6)无毒，无臭，不污染，在阻燃过程中不产生有毒气体。

(7)来源广泛，价格低廉。