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、醫藥、家電、食品包裝、建筑等領域。

然而，聚丙烯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。

你對聚丙烯阻燃劑了解多少？

聚合物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，涉及許多影響和限制因素，許多阻燃系統通常同時使用幾種阻燃機制。

1. 氣相阻燃機理

阻燃功能主要包括：

（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。鹵素阻燃劑主要用于阻燃。鹵素化合物的阻燃研究獲得了阻燃效果HI>HBr>HCl>HF。此外，磷還能阻燃氣相，其阻燃機制類似于鹵素捕獲自由基理論。

（2）阻燃材料在加熱或燃燒過程中產生細顆粒，可促進自由基結合，終止鏈燃燒反應。例如，在可燃氣體中混合一定量的惰性顆粒不僅能吸收燃燒熱，降低火焰溫度，還能將大量的高能氫自由基轉化為低能氫過氧基自由基，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，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，降低聚合物基底和火焰區域的溫度，減緩熱裂解反應，降低到火災極限以下，并發揮氣相阻燃作用。

2. 凝聚相阻燃機理

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。

常用的聚合物阻燃劑是： 含有N、P、Cl、Br、Al、Mg、Si、B有機物、無機物等元素。

由于聚丙烯（PP）單體內無活性基團，反應阻燃劑不適用于聚丙烯。常用的阻燃劑是： 鹵素、磷、無機氫氧化物、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，材料氧指數可達25%以上。含氯或溴的阻燃劑廣泛應用于聚烯烴阻燃劑。

例如，含氯阻燃劑主要包括氯化石蠟、氯化聚乙烯等。十溴二苯乙烷含有溴阻燃劑（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的結合對聚丙烯阻燃有很好的協同作用。阻燃劑在分解過程中產生阻燃劑HBr，因此，阻燃效果好，應用廣泛

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，并伴有煙霧，易引起窒息；

(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，能豐富人體，對人體健康危害極大。

因此，近年來，歐洲逐漸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，歐盟**已經發布了《關于禁止在電子設備中使用某些有害物質的指令》。在日益嚴格的環境法規的壓力下，鹵素阻燃劑的研發面臨著巨大的挑戰。

2. 磷系阻燃劑

>>>>有機磷系阻燃劑

分類:含磷酸酯、亞磷酸酯、有機鹽、氧化磷、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發揮作用。它能促進聚合物的脫水和碳化，使聚合物不產生可燃氣體，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)，磷酸氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨等磷酸鹽。

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：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：是低鹵阻燃系統的主要原料，主要包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、滑石等。氫氧化鎂和氫氧化鋁被廣泛使用，但由于熱解溫度不同，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：硅阻燃劑高效、無毒、低煙、無熔滴、無污染。

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。

>>>>硅阻燃劑

一般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，防止揮發物逃逸，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(或碳化合物):淀粉、糊精、季戊四醇、雙季戊四醇、山梨醇、木質素、聚酰胺、酚醛樹脂等富碳多羥基物質。

(2) 酸源(或脫水劑):多為無機酸或高溫酸鹽，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) 混合膨脹阻燃劑(復合氣源、碳源、酸源按一定比例)；

(3) 聚磷酸銨(APP)膨脹阻燃系統；

(4) 雙氰胺、胍及脲及其鹽。