阻燃機理和阻燃劑分類大全

聚丙烯(PP)作為五種通用塑料之一，其產量僅次于聚乙烯和聚氯乙烯，其消費量僅次于聚乙烯。廣泛應用于汽車、醫藥、家電、食品包裝、建筑等領域。

然而，聚丙烯不可忽視的缺點之一是其易燃性。燃燒過程中產生的17-18%低氧指數值和大量熔滴容易引起火災并迅速蔓延，極大地限制了聚丙烯基材料的廣泛應用。因此，聚丙烯阻燃劑的研究在聚丙烯材料的發展中起著至關重要的作用。

那你對聚丙烯阻燃劑了解多少呢？

聚合物的阻燃通常通過氣相阻燃、凝聚相阻燃和中斷熱交換阻燃來實現。然而，燃燒和阻燃是一個非常復雜的過程，涉及到許多影響和限制因素，通常由許多阻燃系統同時使用幾種阻燃機制。

1. 氣相阻燃機理

氣相阻燃是通過抑制促進燃燒反應鏈增長的自由基來發揮阻燃功能的，主要包括：

（1）阻燃材料在加熱或燃燒時會產生自由基抑制劑，從而中斷燃燒鏈反應。鹵素阻燃劑主要以這種方式達到阻燃的目的。鹵素化合物的阻燃研究得到了阻燃效果HI>HBr>HCl>HF。此外，磷還可以阻燃氣相，其阻燃機理類似于鹵素捕獲自由基理論。

(2)阻燃材料受熱或燃燒時生成細微粒子，它們能促進自由基相互結合以終止鏈式燃燒反應。比如在可燃氣體中混有一定量的惰性微粒，它不僅能吸收燃燒熱、降低火焰溫度，而且會如同容器的壁面那樣，在微粒的表面上將氣相燃燒反應中大量的高能量氫自由基轉變成低能量的氫過氧基自由基，從而抑制氣相燃燒。

(3)阻燃材料在加熱或燃燒時釋放大量惰性氣體或高密度蒸汽，可稀釋氧氣和氣體可燃產物，降低可燃氣體溫度，導致燃燒終止。后者覆蓋可燃氣體，隔離與空氣的接觸，使燃燒窒息。在燃燒溫度下釋放一些阻燃劑，如聚磷酸銨、硼酸和三聚氰胺NH3、H2O和N2.這些氣體可以稀釋氣相中可燃氣體的濃度，降低聚合物基材和火焰區域的溫度，減慢熱裂解反應的速度，降低到火災極限以下，發揮氣相阻燃作用。

2. 凝聚相阻燃機理

這是指固體物質在凝結相中延遲或中斷可燃氣體的分解反應，以防止燃燒。 它主要以四種方式實現：

(1) 阻燃劑在固相中延遲或阻止可燃氣體和自由基的熱分解。

(2) 阻燃材料中比熱容大的無機填料不易通過蓄熱和導熱實現熱分解。

(3) 阻燃劑熱分解吸熱，減緩或停止阻燃材料的加熱。氫氧化鋁和氫氧化鎂是目前常用的阻燃劑。

(4) 阻燃材料燃燒時，在其表面產生多孔碳層，阻燃、隔熱、隔氧，防止可燃氣體進入燃燒氣相，導致燃燒中斷。膨脹阻燃劑按此機制阻燃。

3. 中斷熱交換阻燃機理

這意味著帶走聚合物燃燒產生的部分熱量，使材料不能保持熱分解溫度，因此不能繼續產生可燃氣體，因此燃燒自熄。例如，當阻燃材料被強熱或燃燒時，熔化材料滴落會帶走大部分熱量，導致燃燒延遲，較終可能停止燃燒。

聚合物材料常用的阻燃劑是： 含有N、P、Cl、Br、Al、Mg、Si、B有機物和無機物等元素。

由于聚丙烯（PP）單體內沒有活性基團，因此反應阻燃劑不適用于聚丙烯。聚丙烯阻燃劑是添加阻燃劑，常用的阻燃劑是： 鹵素、磷、無機氫氧化物、含硅化合物和膨脹阻燃劑。

1. 鹵系阻燃劑

鹵素阻燃劑是世界上較大的有機阻燃劑之一，添加量少，阻燃效果顯著，溴阻燃劑用量為10wt約%時，材料的氧指數可達25%以上。目前含氯或溴的阻燃劑廣泛應用于聚烯烴阻燃。

例如，含氯阻燃劑主要包括氯化石蠟、氯化聚乙烯等。含溴阻燃劑有十溴二苯乙烷（DBDPE）、十溴聯苯醚(DBDPD)、八溴聯苯醚(OBDPO)、四溴聯苯醚(TBDPO)、四溴雙酚A(TBA),六溴環十二烷(HBDC)、乙烷雙(三嗅苯氧)TBA/PC十溴二苯乙烷是應用較廣泛的低聚物，十溴二苯乙烷與三氧化二銻結合，對聚丙烯阻燃有很好的協同作用。分解過程中產生阻燃劑HBr，因此，阻燃效果好，應用廣泛

同時，鹵素阻燃劑也有以下缺點：

(1) 鹵化氫氣體在高溫明火下釋放，并伴有濃煙，容易引起人體窒息；

(2) 鹵素阻燃劑（特別是多溴苯醚）大多能分解產生可提取的有機化合物，是一種持久的環境有機化合物，具有親脂疏水、難降解等特點，可以通過各種方式豐富人體，對人體健康危害極大。

因此，近年來，歐洲逐步提出了禁止多溴苯醚的相關法律法規，禁止范圍也逐漸擴大。到目前為止，多溴聯苯、五溴二苯醚和八溴二苯醚已被歐盟**發布的《關于禁止在電子設備中使用某些有害物質的指令》列為禁止。在日益嚴格的環境法規的壓力下，鹵素阻燃劑的研究和發展面臨著重大挑戰。

2. 磷系阻燃劑

>>>>有機磷系阻燃劑

分類:包括磷酸酯、亞磷酸酯、有機鹽、氧化磷、含磷多元醇和磷氮化合物，但含鹵磷酸酯(含鹵磷酸酯具有阻燃和增塑的雙重功能，阻燃PVC大量應用)。

機制：有機磷阻燃劑在火災早期聚合物分解階段起作用。它可以促進聚合物的脫水和碳化，使聚合物不能產生可燃氣體，碳化物形成保護性炭膜，隔離外部空氣和熱量。

>>>>含磷無機阻燃劑

分類：主要產品有紅磷、磷酸銨、聚磷酸銨(APP)，其它磷酸鹽，如磷酸氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨等。

其他:隨著無鹵阻燃劑材料用量的增加，含磷無機阻燃劑的用量也在增加，紅磷和鹵阻燃劑的使用可以提高阻燃效率。聚磷酸銨(APP)熱穩定性好，熱分解溫度250℃分解釋放氨和水，產生磷酸。

3. 無機阻燃劑

機制：無機阻燃劑的阻燃作用主要是通過儲存和導熱材料達不到分解溫度或通過阻燃劑分解吸熱，減緩或終止阻燃材料的溫升。

優點：該物質具有熱穩定性好、阻燃、無毒、無揮發、無腐蝕性氣體、煙量小、無二次污染等優點

分類:是低鹵無鹵阻燃系統的主要原料，主要包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、水滑石等。氫氧化鎂和氫氧化鋁應用廣泛，但由于熱解時溫度不同，水量不同，阻燃效果不同。

4. 含硅阻燃劑

硅阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑，是一種碳抑煙劑，不僅能提高聚合物的加工性能，還能提高聚合物的機械強度。

優點：硅阻燃劑具有高效、無毒、低煙、無熔滴、無污染的特點，在眾多無機阻燃系統中備受關注。

分類：根據其組成結構，可分為無機硅阻燃劑和有機硅阻燃劑。

>>>>無機硅阻燃劑

通常指多孔硅酸鹽阻燃劑和層狀硅酸鹽阻燃劑。

>>>>硅酮阻燃劑

阻燃機理：聚合物材料燃燒時，有機硅產生碳化硅，防止揮發物逸出，隔離氧氣與樹脂接觸，防止熔體滴落，達到阻燃目的。

硅油、硅樹脂、硅橡膠、硅烷醇酞胺等主要有機硅阻燃劑。

5. 膨脹阻燃劑

膨脹阻燃劑(IFR)以碳、氮、磷為主要成分的阻燃劑一般由三部分組成：

(1) 碳源(或成炭劑):多為富碳多羥基物質，如淀粉、糊精、季戊四醇、雙季戊四醇、山梨醇、木質素、聚酰胺、酚醛樹脂等。

(2) 酸源(或脫水劑):多為無機酸或高溫生成的酸鹽，如酸、硼酸、硫酸、硫酸銨、磷酸銨、聚磷酸銨、聚磷酸鹽、三聚氰胺磷酸鹽等。

(3) 氣源(或發泡劑)：多為含氮、碳的化合物，如脲醛樹脂、尿素、聚酰胺、雙氰胺、三聚氰胺等。

常見的膨脹阻燃劑系統包括：

(1) 磷-氮單質膨脹阻燃劑(集酸源、碳源、氣源于一體IFR)；

(2) 混合型膨脹型阻燃劑(將氣源、炭源及酸源按一定的比例復配成)；

(3) 聚磷酸銨(APP)膨脹阻燃系統；

(4) 雙氰胺、胍和脲及其鹽。