聚烯烴阻燃劑的應用研究

鞏玉紅 王曉

摘要：本文對聚烯烴阻燃劑的性能和應用進行了分析研究，并對其發展進行了展望。

關鍵詞：聚烯烴阻燃劑;性能;應用

聚烯烴作為一種高分子材料被廣泛應用于工業、農業、建筑業、日用消費行業等方方面面，在滿足其功能性需要的同時，由于聚烯烴基材易燃的特性，其阻燃安全性能也是必不可少的需要之一，且隨著各層次環保要求的逐漸提升，對聚烯烴材料阻燃劑的阻燃環保要求也越來越高。如歐盟的CE標識，《日本消防法》，《中華人民共和國消防法》，《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標識》均對材料阻燃要求有著明確的規定，因此，安全環保阻燃劑的研究成為了熱點。

1阻燃劑性能分析

1.1鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑為目前全球產量最大、應用最廣泛的阻燃劑，其具有添加量低以及阻燃效率高等優點，在商業應用中溴系阻燃劑用量更大、應用也更廣泛。但鹵系阻燃劑尤其是含溴苯醚類阻燃劑，在燃燒過程中生成溴化氫、二噁英、苯并呋喃等具有腐蝕性、刺激性以及致癌性的有毒物質，嚴重地危害到自然環境與人類健康。

1.2無機阻燃劑

無機阻燃劑在阻燃劑家族中具有非常重要的地位，由于其毒性、腐蝕性以及成本低廉且在燃燒時釋放的有毒氣體、煙霧較少，因此它是最早應用于聚烯烴阻燃的阻燃劑之一，工業用量最大的是氫氧化鋁以及氫氧化鎂。但一般其添加量為50%～60%時，材料才具有良好的阻燃性能，存在著添加量大、阻燃效率低等缺點，且大量添加亦會對基材性能有明顯影響。常采用添加相容劑和超細化進行表面改性及微膠囊化處理，或與其他阻燃劑復配改進其缺陷。

1.3膨脹型阻燃劑

在無鹵阻燃體系中，阻燃效率最佳的是膨脹型阻燃劑。阻燃劑燃燒時通過物理或化學作用在基材表面形成一層隔熱、隔氧的炭層，從而通過隔熱、隔氧和阻止裂解產物揮發而產生阻燃作用，具有無鹵、燃燒時低煙低毒、無熔滴等優點被認為是一種極具發展潛力的綠色阻燃劑。

其中化學膨脹阻燃劑應用較多。化學膨脹阻燃劑通常包括酸源（脫水劑）、炭源（成炭劑）和氣源（發泡劑）3個部分，各組分之間在燃燒時發生化學反應生成多孔性膨脹炭層，以達到阻燃目的。是各類阻燃方案中最成熟高效的方案之一，該體系表現出更高的阻燃效率，其添加量在20%～30%，同時在極限氧指數，垂直燃燒測試都有優異的效果。

1.4磷系阻燃劑

磷系阻燃劑可分為兩種：無機磷系阻燃劑和有機磷系阻燃劑。無機磷系阻燃劑主要有聚磷酸銨、紅磷和三聚氰胺鹽等，有機磷系主要有磷酸酯類阻燃劑、磷腈類和磷雜菲化合物等，而對于磷系阻燃劑來說對其改性和復配阻燃是其工作的重點。

磷系阻燃劑的阻燃機理主要是凝聚相阻燃和氣相阻燃，具體過程是在材料燃燒時通過磷系化合物的熱分解，并且產生水氣、磷酸、偏磷酸等活性自由基，能夠有效降低燃燒周圍的溫度，產生的水蒸氣或一些惰性氣體還能稀釋周圍的助燃和有毒氣體，產生的磷酸和偏磷酸能夠附著在材料的表面，起到阻隔的作用，同時還可以作為酸源來促進成炭，活性游離基還能夠阻斷氣相中的燃燒鏈式反應從而阻止燃燒。通過對紅磷進行包覆的方法來制得微膠囊化紅磷和各種有機磷系阻燃劑用量可達20%以下，不同類型不同處理復配方式添加量差異較大。

1.5有機硅系阻燃劑

有機硅不具有多碳結構，不易成炭，在聚烯烴中單獨使用效果較差，通常需要與其它阻燃劑協同使用，才能滿足實際效果。有機硅系阻燃劑主要包括聚硅氧烷、倍半硅氧烷等，商品化的有機硅系多為國外產品。有機硅與膨脹型阻燃體系復配，阻燃體系熱穩定性提高，燃燒時膨脹炭層抗氧化能力提高，熱釋放速率大幅度降低。

1.6生物基阻燃劑

由于現在對環境的保護和資源的可循環性的要求，生物基阻燃劑的可降解、無毒等綠色可循環的優勢必將成為阻燃劑研究的熱點。有人通過開環反應，將不同的磷基團引入植物油主鏈中制備出生物基阻燃劑，加入7.5% 的量就有很好的阻燃效果。

2阻燃劑發展趨勢

2.1多元化

對傳統阻燃劑改造處理。通過微膠囊技術，即指將物質包裹于數微米至數百微米的微小容器中，從而起到保護和控制釋放等作用，目前將無機或有機的阻燃劑進行微膠囊化的研究正處于阻燃劑新技術的熱點，并已從研制階段進入實用階段。通過納米技術把無機阻燃劑或其他填充劑處理后填充到聚烯烴中，以改善其使用和阻燃性能。

化學合成新的阻燃劑。化學合成新的成炭劑得到更好的膨脹性阻燃劑。反應型阻燃劑主要通過結構設計制備新型阻燃聚合物或在現有聚合物的基礎上化學改性，即通過與鏈中或作為懸垂基團的阻燃單元共聚、與大分子鏈接枝、交聯等方法實現，是一種能與聚合物永久結合的阻燃劑。所得聚合物不僅阻燃、耐高溫，還能改善加工性能，研究表明，即使將單位質量的百分之幾加入到聚合物鏈中，也能明顯改善體系的阻燃性能。

各種阻燃劑的復配。一般講單一的阻燃劑效果都不理想，往往通過各阻燃劑復合使用，通過協同效應取長補短，達到及改善使用功能又提高阻燃效果的目的。對于阻燃劑的復配，優勢明顯的是有機硅類阻燃劑與其他阻燃劑的復配。有機硅與膨脹型阻燃劑的復配，傳統膨脹型阻燃劑都有吸潮的缺點，復配后在燃燒過程中形成了致密的膨脹炭層，隔氧隔熱，阻燃效果明顯。

2.2改進加工工藝

為解決阻燃劑在加工過程中與聚合物基材發生反應，或添加型阻燃劑在材料表面遷出，或阻燃劑在基體中的相容性、分散性差等導致材料阻燃性及綜合性能下降。近年來對增強膨脹阻燃體系所形成炭層的強度，特別是對炭層黏度和熔體強度的流變學特征研究，正逐步形成研究熱點。同時，對于炭層流變學特征的研究也有助于揭示粘度等參數對阻燃性能的影響。

3結束語

隨著高性能阻燃劑需求的不斷增加，阻燃性能和力學性能對于其應用同樣重要，因此需要研究更高效率的阻燃劑來降低其在聚烯烴中的添加量，或研究阻燃劑不同結構形式對聚烯烴性能的影響。聚烯烴的阻燃應朝著具備高效、持久的阻燃性、良好的基材相容性以及環境友好性等方向發展。

參考文獻：

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