進入21世紀以來，我國經濟發展迅速，高分子材料作為一種功能材料在我國受到了各行各業的廣泛應用，尤其是在建筑行業上面，而高分子材料一旦受熱，就會分解出具有可燃性的物質，當這種可燃性的物質的濃度達到一定程度時，遇到適當的溫度就會燃燒，給企業造成巨大的損失。

高分子材料在空氣中受熱時，會分解生成揮發性可燃物，當可燃物濃度和體系溫度足夠高時即可燃燒。其燃燒過程及阻燃機理如下：

1. 高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產生的可燃物達到一定濃度，同時體系被加熱到點燃溫度后，燃燒才能發生。

2. 已被點燃的高分子材料在點燃源穩定后能否繼續燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當供給燃燒產生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需的總熱量時，高分子材料燃燒才能繼續，否則將中止或熄滅。

3. 高分子材料的阻燃作用可以通過提高材料熱穩定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、形成重質氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體等幾個要素實現。

通過在高分子材料中使用阻燃劑實現阻燃的方法是目前我國應用較為廣泛的阻燃方式，利用阻燃劑與高分子材料分解出來的可燃物之間的結合，來實現提高高分子材料阻燃性能的目的。

阻燃劑的分類及其特點

—Classification and characteristics 

of flame retardants

根據其使用方法可分為添加型和反應型兩類，添加型阻燃劑是在塑料的加工過程中摻入塑料中，多用于熱塑性塑料。反應型阻燃劑是在聚合物合成過程中作為單體化學鍵合到聚合物分子鏈上，多用于熱固性塑料，有些反應型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。按照化學結構，阻燃劑又可分為無機和有機兩類，在這些化合物中多含有鹵素和磷，有的含有銻、硼、鋁等元素。 

一、鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑作為有機阻燃劑的一個重要品種，是較早使用的一類阻燃劑，自20世紀60年代開始被廣泛應用。它主要包括氯系阻燃劑和溴系阻燃劑。

1. 氯系阻燃劑：

氯系阻燃劑是一種廣泛使用的阻燃劑，主要包括氯化石蠟和氯化脂環烴等。由于其價格相對較低，因此仍然被大量使用。氯化石蠟是工業上重要的阻燃劑之一，由于其熱穩定性較差，因此主要適用于加工溫度低于200℃的復合材料。然而，氯化脂環烴和四氯鄰苯二甲酸酐具有較高的熱穩定性，因此常被用作不飽和樹脂的阻燃劑。

2. 溴系阻燃劑：

目前世界上產量大的有機阻燃劑之一。阻燃效率高，是氯系阻燃劑的兩倍，因此相對用量少。它與基體樹脂互容性好，對材料的力學性能影響小，在阻燃領域有著很重要的地位。鹵系阻燃劑分解產生鹵化氫，鹵化氫消除高分子材料燃燒反應產生活性自由基，如HX與火焰中鏈反應活性物質HO·作用，使上述游離基濃度降低，從而減緩或終止燃燒的鏈式反應，達到阻燃的目的。

缺點：

1. 鹵素元素在高溫下會釋放出有害氣體，對人類健康和環境造成危害；鹵系阻燃劑具有揮發性和滲透性，容易通過氣態、液態、和固態途徑對周圍環境造成對環境的污染； 一些研究表明，鹵系阻燃劑可能導致某些材料老化、脆化、開裂，降低材料的使用壽命。

二、磷系阻燃劑

磷系阻燃劑是指含有磷酸鹽基團的阻燃劑，主要有磷酸三丁酯、二苯醚和五氧化二銻等。磷系阻燃劑的分子中存在大量的羥基，能與含鹵素的材料反應形成不穩定的絡合物，降低材料的可燃性。同時，由于磷的吸濕性小、發煙量少，所以具有較好的耐水性及抗潮性。

1.有機磷系阻燃劑

主要有膦酸脂、磷酸酯、亞磷酸酯、有機磷鹽、氧化膦及磷-氮化合物等。含磷化合物受熱分解的產物有非常強的脫水作用，能使所覆蓋的聚合物表面炭化，形成炭膜，隔絕空氣，從而達到阻燃的作用。

2.無機磷系阻燃劑

無機磷系阻燃劑主要包括紅磷、聚磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨等。在火焰作用下，阻燃劑發生熔融、分解等化學反應，生成不可燃的物質，從而起到阻燃作用。此外，無機磷系阻燃劑還能促進高分子材料的熱分解，減少可燃物的數量，降低燃燒速率。

三、金屬氫氧化物

金屬氫氧化物是指金屬陽離子與氫氧根離子形成的無機化合物，也叫作堿，是金屬元素的氫氧化物。可用通式M（OH）n表示。如氫氧化鈉等。作為阻燃助劑以氫氧化鋁、氫氧化鎂為主，是集阻燃、抑煙、填充三大功能于一身的阻燃劑。

1.氫氧化鎂

是一種無毒、無味、不腐蝕的白色粉末，熱分解溫度為390-430℃。它主要用于CPC、CPE、軟磁鐵氧體阻燃劑，并廣泛用于PP、PVC、PE、PS、PA、PC、ABS、EVA等塑料橡膠中，以及在油漆、涂料以及不飽和聚酯中也有應用。氫氧化鎂是一種高填充量與添加型的無機阻燃劑與抑煙劑，其阻燃機理為：氫氧化鎂在340-490℃受熱時，發生分解吸收燃燒物表面熱量達到阻燃作用；同時，釋放出大量的水分稀釋燃物表面的氧氣，而分解生成的活性氧化鎂會附著在可燃物的表面，進一步阻止燃燒的進行。在整個阻燃過程中，氫氧化鎂并沒有產生任何有害物質，而且分解出的產物在阻燃的同時，還可以大量地吸收塑料、橡膠等高分子燃燒生成的有害氣體與煙霧。

2.氫氧化鋁

與氫氧化鎂相比，氫氧化鋁在分解溫度、熱反應等方面有所不同。氫氧化鋁的分解溫度為230-250℃，具有較高的熱穩定性。在阻燃過程中，氫氧化鋁通過分解產生水蒸氣來覆蓋火焰、驅逐氧氣、稀釋可燃氣體，同時形成絕熱層和炭化作用等來中斷或者推遲高聚物的燃燒。

四、硼系阻燃劑

硼系阻燃劑具有耐熱性好、毒性低、抑煙的特點。通用的無機硼阻燃劑有硼砂、硼酸、硼酸鋅、偏硼酸鈣、偏硼酸銨、五硼酸銨、偏硼酸鈉、氟硼酸銨和氟硼酸鋅等；有機硼阻燃劑主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。

1.無機硼阻燃劑

無機硼系阻燃劑以硼酸、硼砂和硼酸鹽為主，該系阻燃劑可明顯提高材料的耐火、阻燃和抑煙性能，使其燃燒時較少散發出有毒、有害氣體。無機硼系阻燃劑（硼酸、硼砂等）由于具有原料來源廣泛、抑煙性、穩定性好等優點成為重要的阻燃劑之一。無機硼酸鹽系列阻燃劑有偏硼酸鋇、氟硼酸銨、偏硼酸、鈉、五硼酸銨、偏硼酸銨、硼酸鋅等，硼酸鋅是目前應用廣泛的無機硼系阻燃劑之一，硼酸鋅由硼砂或硼酸合成而得，同時具有阻燃、抑煙、成炭、抑制陰燃和防止熔滴等多種功能，廣泛用于纖維織物、聚酰胺、尼龍、聚氯乙烯中作阻燃劑。硼酸鋅可單獨作阻燃劑，也常與溴系阻燃劑、氫氧化鋁、氫氧化鎂以及膨脹阻燃劑協同阻燃，代替有毒的三氧化二銻。

2.有機硼阻燃劑

有機硼阻燃劑主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。有機硼系阻燃劑主要在凝聚相中起到阻燃的作用。在熱裂解時會形成玻璃狀的熔融覆蓋物，覆蓋在聚合物表面隔絕熱量和空氣。有機硼系阻燃劑可促進材料的炭化，生成具有較好熱穩定性的炭層。有機硼在燃燒時會生成硼酸酐或者硼酸，生成的硼酸可與含羥基的化合物反應形成B-C結構。芳基硼酸化合物則在受熱時會反應生成硼氧六環。多硼酸基的化合物受熱交聯形成網狀結構，進一步受熱，則會形成含B-O-C結構的穩定炭層。

五、氮系阻燃劑

氮系阻燃劑是一類在高溫下能夠釋放出氮氣或氨等氣體的化合物，從而稀釋火焰中的氧氣，削弱燃燒反應。氮系阻燃劑具有良好的阻燃性能和煙霧抑制效果，廣泛應用于塑料、紡織品、涂料等領域。目前含氮阻燃劑主要包括3大類：三聚氰胺、雙氰胺、胍鹽(碳酸胍、磷酸胍、縮合磷酸胍和氨基磺酸胍)及它們的衍生物。

1.三聚氰胺

三聚氰胺常用于制造膨脹型防火涂料中的發泡成分，其發泡效果好，成炭致密。除單獨作阻燃劑外，常用的阻燃品種是與酸反應產生的衍生鹽，廣泛用于PE、PP以及PVC塑料等熱塑性、熱固性塑料等領域；三聚氰胺與液態磷酸酯合用，廣泛應用于阻燃聚氨酯泡沫材料。

2.雙氰胺

主要用于制造胍鹽阻燃劑，可以代替三聚氰胺，或者與三聚氰胺結合。歐洲專利報導雙氰胺等比例混合，添加量5％可使聚酰胺達到UL94 V一0級的阻燃效果，且這種阻燃劑對材料的撕裂強度影響很小。此外，雙氰胺可以制造木材防火膠。

3.胍

胍鹽除了用作藥物、染料中間體外，常用作纖維素基質材料的阻燃劑，如木材、紙、紙板等。這類阻燃劑阻燃性能持久，而且吸濕性較無機阻燃劑小得多，裝飾性能好，所以廣泛應用于制造高檔的裝飾用木材。除此之外，還可以在膨脹型防火涂料中作為發泡劑的組分。

六、膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑（IFR）是一種環保的綠色阻燃劑，不含鹵素，也不采用氧化銻為協同劑，其體系自身具有協同作用。含膨脹型阻燃劑的塑料在燃燒時表面會生成炭質泡沫層，起到隔熱、隔氧、抑煙、防滴等功效，具有優良的阻燃性能，且低煙、低毒、無腐蝕性氣體產生，符合未來阻燃劑的研究開發方向，已經成為國內外較為活躍的阻燃劑研究領域之一。

1.有機含磷膨脹型阻燃劑

磷－氮膨脹型阻燃劑是以磷、氮為主要成分的阻燃劑，其發煙量、有毒氣體的生成量很小，并顯示出良好的阻燃性能，被認為是今后阻燃劑的重要發展方向之一。目前典型且應用廣泛的磷－氮系膨脹型阻燃劑是三聚氰胺、APP、PER系統。其中三聚氰胺充當氣源，PER是炭源，APP既可作酸源又可作為氣源。化學膨脹型阻燃體系的阻燃原理如圖2所示。在較低溫度下，先由APP釋放出酸性物質，然后在稍高于釋放酸的溫度下，APP和多元醇化合物發生酯化反應，在酯化過程中，酯化產物脫水成炭，形成炭層，體系開始熔融；酯化反應產生的水蒸氣、氨氣等氣體和由氣源產生的不燃性氣體填充到炭層中去，使體系膨脹發泡，反應接近完成時，體系炭層固化，最后就形成了多孔泡沫炭層，從而達到阻燃的目的。

2.無機膨脹型石墨阻燃劑

膨脹型石墨(EG)是一種新型的物理無機膨脹型阻燃劑。將天然石墨通過特殊化處理，可形成特殊層間化合物EG，當其被加熱時，可沿C-C軸方向膨脹數百倍。EG自身可以成炭、發泡，但一般需要一些酸來催化使用，人們對于EG和有機膨脹阻燃劑的協同效應作了大量研究，發現EG與有機膨脹阻燃劑一起使用能發揮出很好的阻燃效果。

缺點：

IFR與高聚物相容性差，會導致高聚物的物理機械性能、電性能和絕緣性能下降，尤其是拉伸強度、抗沖擊強度大幅度下降，使得工程上難以應用；IFR的吸潮性較大，各組分之間易發生醇解，導致阻燃高聚物抗水性下降，可能會對材料的性能產生不良影響。此外，IFR的相對分鐘量較低，使材料的熱穩定性變差，抗遷移性和相容性也較差，這可能會導致阻燃產品的物理機械性能和外觀性能不佳。