PVC配方設(shè)計阻燃劑知識大全

———PVC配方設(shè)計阻燃劑知識大全第一節(jié)概述

大多數(shù)高分子材料,無論中天然的,還是合成的,遇火都會燃燒.阻燃劑就是一類能夠防止材料被引燃或者抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?阻燃劑主要用于合成高分子材料或天然高分子材料的阻燃.在高分子材料中加工入阻燃劑﹐能夠減少高分子材料的可燃性﹐能使高分子材料接觸火焰時﹐燃燒迅速變慢﹐離開火源后能較快的自熄。注意﹐含有阻燃劑的材料并不能成為不燃材料﹐它們只能減少火災(zāi)危險﹐而不能消除火災(zāi)危險。對阻燃劑的要求是多方面的。人們希望阻燃劑能在用量很低的情況下具有持久的阻燃作用﹔希望阻燃劑無毒﹐不會在燃燒時生成有毒氣體和濃煙﹔希望阻燃劑具有較高的熱穩(wěn)定性﹐在遇火情況下不會分解或者揮發(fā)﹔希望基礎(chǔ)樹脂的力學(xué)性能和物理性能不會由于阻燃劑的使用而損失或降低。應(yīng)在材料的阻燃性及其它性能之間尋求最佳的性/價比（effectratio/cost）﹐而不能過多地降低材料原有的良好性能為代價﹐來一味地滿足阻燃性能過高的要求。除此之外﹐在提高材料阻燃性的同時﹐應(yīng)盡量減少材料的熱分解或燃燒生成的有毒氣體信發(fā)煙量。在阻燃劑領(lǐng)域﹐阻燃和抑煙是相輔相成的。

阻燃劑主要是含磷﹑鹵素﹑硼﹑銻﹑鉛﹑鉬等元素的有機物的無機物。根據(jù)其使用方法﹐阻燃劑一般分為添加型和反應(yīng)型兩類。添加型阻燃劑是在塑料加工過程中簡單參加和混合在塑料中﹐主要用于熱塑性塑料。反應(yīng)性阻燃劑是在聚合物合成過程中﹐作為一個組分參加反應(yīng)﹐并鍵合到聚合物的分子鏈上﹐多用于熱固性樹脂。有些反應(yīng)型阻燃劑﹐也可在塑料的加工過程中添加。

按照化學(xué)結(jié)構(gòu)﹐阻燃劑又可分為無機阻燃劑和有機阻燃劑兩類。無機阻燃劑包括鋁﹑銻﹑鋅﹑鉬等金屬氧化物﹑磷酸鹽﹑硼酸鹽﹑硫酸鹽等﹔有機阻燃劑包括含鹵脂肪烴和芳香烴﹑有機磷化合物﹑鹵化有機磷化合物等。阻燃劑按照起阻燃作用的主要元素還可分為鹵素系阻燃劑﹑磷系阻燃劑以及鋁﹑銻﹑硼﹑鉬等金屬氧化物阻燃劑﹔也可以按大的類別分為溴系﹑磷系﹑氯系和鋁基﹑硼基﹑銻基阻燃劑等。反應(yīng)型阻燃劑與樹脂起一定的化學(xué)反應(yīng)﹐即阻燃劑與樹脂之間有鍵的結(jié)合﹐因此反應(yīng)型阻燃劑在樹脂中比較穩(wěn)定﹐它對火焰的抑制作用通常比添加型的持久﹐對材料的性能影響較小﹐但操作和加工工藝較為復(fù)雜。而添加型阻燃劑只是與樹脂物理混合﹐沒有化學(xué)反應(yīng)﹐使用量較大﹐操作也比較方便﹐因此成為一種廣泛采用的阻燃劑體系。

第二節(jié)聚合物的燃燒與阻燃劑的作用機理

一﹑聚合物的燃燒

（一）聚合物的燃燒過程

阻燃劑的燃燒是一個非常復(fù)雜的急劇氧化過程﹐從材料的吸熱分解到劇烈的氧化發(fā)光發(fā)熱﹐包括一系列的物理變化和化學(xué)變化。聚合物在受到外部熱源的作用時﹐首先被加熱﹑進而降解﹑生成揮發(fā)性的可燃?xì)怏w和其它熱分解產(chǎn)物。隨著可燃性氣體濃度的增大﹐當(dāng)達到某一極限時聚合物開始燃燒。這一燃燒模式中﹐聚合物在熱源的作用下﹐首先分解產(chǎn)生可燃性氣體﹐可燃性氣體從固相擴散到氣相﹐氣相中可燃性氣體與氧氣反應(yīng)而開始燃燒﹐燃燒產(chǎn)生的熱量向聚合物表面國輻射并傳至聚合物內(nèi)部﹐聚合物由于熱的作用繼續(xù)分解﹐形成燃燒的循環(huán)過程。因此阻燃也就是抑制這個燃燒的循環(huán)過程。

不同聚合物熱分解生成的產(chǎn)物決定了聚合物燃燒的難易程度﹐因此不同的聚合物具有不同的燃燒性能。同一聚合物由于加入不同的助劑其燃燒的難易程度也有變化﹐當(dāng)PVC中加入增塑劑后制品往往變得容易燃燒﹐而加入阻燃劑則使制品難以燃燒。阻燃的目的是為了提高制品的難燃程度﹐減少發(fā)生火災(zāi)的可能性而使制品變成不燃材料。聚合物阻燃后雖然可以降低發(fā)生火災(zāi)的危險性﹐但不能完全消除火災(zāi)危險。阻燃后的聚合物在大火中仍能猛烈燃燒。

（二）影響聚合物燃燒的主要因素

1.聚合物的熱分解特性

聚合物的熱分解特性決定了聚合物的燃燒性能。聚合物吸收足夠的能量后開始分解﹐生成分子量比較小的可燃性氣體﹑不燃性氣體和炭化殘渣。不同的聚合物由于組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)不同﹐具有不同的熱分解性能﹐即不同的熱分解溫度和不同的分解產(chǎn)物。熱分解溫度高﹐說明聚合物的熱穩(wěn)定性好﹐需要供給較多的熱量才能使其分解。聚合物分解產(chǎn)物決定著聚合物引燃的難易程度﹐分解產(chǎn)物中含有可燃性氣體越多越易燃燒。

2.燃燒溫度和著火溫度

燃燒溫度對聚合物的燃燒過程有著明顯的影響﹐燃燒溫度越高﹐聚合物燃燒的速度就越快﹐釋放出的熱量也越多。實際上聚合物的燃燒速度還受氧氣擴散速度的控制。

聚合物的著火溫度對燃燒也起著至關(guān)重要的作用。聚合物的燃燒依賴于熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體﹐可燃性氣體的著火溫度受燃燒活化能的制約﹐因此可燃性氣體的著火溫度與其化學(xué)結(jié)構(gòu)之間并不存在對應(yīng)關(guān)系。

3.燃燒熱

聚合物的穩(wěn)定燃燒主要依靠釋放出的熱量（燃燒熱）來維持﹐若燃燒熱向周圍的散失大于燃燒釋放出的熱量﹐則一旦撤去熱源﹐燃燒就難于維持下去﹐反之燃燒進一步加劇。如果兩者達到平衡則進入穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。

4.氧氣的濃度

聚合物的燃燒需要有充足的氧氣﹐否則燃燒就不能發(fā)生或難于維持穩(wěn)定的燃燒﹐并產(chǎn)生大量未充分燃燒的煙塵。不同分子結(jié)構(gòu)的材料﹐燃燒時要求的氧氣濃度也不同。實際應(yīng)用是﹐不少氧指數(shù)大于21的材料﹐在空氣中燃燒而不能自熄。因此通常講的阻燃并具有自熄性的材料氧指數(shù)至少大于27。

（三）聚合物燃燒的發(fā)煙性

聚合物燃燒時不僅釋放出大量的熱能﹐而且常常產(chǎn)生大量的漸塵及有毒氣體。煙霧中既有黑煙也有白煙﹐有的刺激性很大。煙霧中含炭微粒越多﹐顏色越深﹔含HCL﹑*氫﹑氨等成分越多﹐刺激性越大。

抑制聚合物燃燒煙霧方法主要有物理方法和化學(xué)方法。物理方法重要有隔熱﹑降溫﹑其實質(zhì)是抑制聚合物的燃燒。由于抑制燃燒便抑制了煙霧的產(chǎn)生﹔化學(xué)法則是采取添加"抑煙劑'的方法﹐根據(jù)其作用原理可分為吸咐型和反應(yīng)型兩種。吸咐型使分解或燃燒生成的炭質(zhì)或石墨狀微粒不至擴散在空間形成煙霧。反應(yīng)型則通過催化分解或燃燒的反應(yīng)模式﹐改變聚合物燃燒時的產(chǎn)物組成﹐從而達到抑制煙霧的目的。碳酸鈣﹑氫氧化鎂﹑氫氧化鋁等都具有抑煙作用。碳酸鈣的抑煙作用主要是捕捉煙霧中的氯化氫氣體﹐使之生成穩(wěn)定的氯化鈣而殘留于燃燒后的炭化層中。

（四）聚合物燃燒的毒性

聚合物的燃燒是一個非常復(fù)雜的過程﹐燃燒產(chǎn)物隨著聚合物的組成﹑燃燒條件﹑阻燃體系的不同而不同﹐燃燒過程隨著外界因素的變化而變化。故產(chǎn)生的毒性各種各樣。

二﹑阻燃劑的作用機理

阻燃劑的作用機理比較復(fù)雜﹐相同的阻燃劑在不同的聚合物中的阻燃機理有時也存在一定的差異。阻燃機理的分類歸納起來有以下幾種模式﹕1.抑制效應(yīng)﹐捕獲聚合物燃燒生成的活性自由基﹐從而抑制產(chǎn)生活性自由基的鏈鎖反應(yīng)﹐使燃燒減弱﹔2.鏈轉(zhuǎn)移效應(yīng)﹐改變聚合物材料的燃燒模式﹐抑制可燃性氣體的產(chǎn)生﹔3.覆蓋效應(yīng)同﹐阻燃劑受熱釋放出的隋性氣體在氣相中隔絕可燃性氣體與氧的接觸﹐或者聚合物表面形成固態(tài)的炭層或液體的膜﹐阻止可燃性氣體的逸出﹔4.稀釋效應(yīng)阻燃劑受熱分解產(chǎn)生的不可燃性氣體稀釋氧和可燃性氣體的濃度﹐使其達不到繼續(xù)燃燒所必需的條件﹔5.吸熱效應(yīng)﹐阻燃劑受熱分解吸收大量燃燒熱﹐使聚合物材料溫度上升困難。

（一）鹵系阻燃劑阻燃機理

單獨使用鹵系阻燃劑時﹐主要在氣相中延緩或者阻止聚合物的燃燒。鹵系阻燃劑在高溫下分解生成鹵化氫﹐可作為自由基終止劑捕捉聚合物燃燒鏈?zhǔn)街械幕钚宰杂苫鵒H.﹑O.﹑H.,生成活性較低的鹵素自由基﹐從而減弱或終止氣相燃燒中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)達到阻燃的目的。

HX+H?H2+X?

HX+O?OH+X?

2H?+ZnMoO4ZnO+Mo4+O2+H2O

鹵化氯還能稀釋空氣中的氧﹐覆蓋于材料表面阻隔空氣﹐使材料的燃燒速度降低。

鹵系阻燃劑與氧化銻具有顯著的協(xié)同作用。鹵化氫與氧化銻反應(yīng)生成鹵化銻﹐其是決定阻燃作用的關(guān)鍵因素。鹵化銻具有優(yōu)異的阻燃作用表現(xiàn)如下﹕1.鹵氧化銻為分解為吸熱反應(yīng)﹐可降低聚合物的燃燒溫度和分解速度﹔2.鹵化銻蒸氣能較長時間停留在氣相中﹐有效稀釋可燃性氣體。同時覆蓋在聚合物表面﹐可隔熱﹑隔氧﹔3.液態(tài)及固態(tài)鹵化銻微粒的表面效應(yīng)可降低火焰能量﹔4.在火焰下層的固態(tài)或熔融態(tài)聚合物中﹐鹵化銻能促進成炭反應(yīng)﹐相對減緩聚合物分解生成可燃性氣體的速度﹐同時生成的炭層又可將聚合物封閉﹐阻止可燃性氣體逸出和進入燃燒區(qū)﹔5.三鹵化銻在燃燒區(qū)可捕捉氣相中維持燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的活性自由基﹐改變氣相燃燒的反應(yīng)模式﹐減少反應(yīng)熱而使火焰猝滅。五溴苯與氧化銻的比例在（13）﹕1的范圍內(nèi)阻燃效果最好。

（二）磷系阻燃劑阻燃機理

磷系阻燃劑阻燃的材料燃燒時可生成較多的焦炭﹐減少可燃性氣體的生成量﹐使被阻燃材料的質(zhì)量損失率大大降低﹐但燃燒時生成的煙量較大。有機磷系阻燃劑可同時在凝聚相及氣相中發(fā)揮阻燃作用﹐但以在凝聚相中為主。有機磷系阻燃劑的阻燃機理隨著其結(jié)構(gòu)﹑聚合物類型及燃燒條件的不同也存在一定的差異。有機磷系阻燃劑在高聚物受熱被引燃時﹐首先分解生成磷酸﹐磷酸脫水生成偏磷酸﹐偏磷酸聚合生成聚偏磷酸﹐這類酸對含羥基聚合物的脫水成炭具有催化作用﹐加速了成炭過程。成炭的結(jié)果是在材料表面形成石墨狀的焦炭層﹐這種炭層難燃﹑隔熱﹑隔氧﹐從而使傳至材料表面的熱量減少﹐熱分解緩慢﹔其次羥基聚合物的脫水系吸熱反應(yīng)﹐脫水形成的水蒸氣又能稀釋大氣中的氧氣及可燃性氣體﹐有助于使燃燒中斷﹔燃燒生成的聚偏磷酸可在材料表面形成一層覆蓋于焦炭層的液膜﹐降低焦炭層的透氣性并保護焦炭層不被繼續(xù)氧化﹐也有利于提高材料的阻燃性。有機磷系阻燃劑的凝聚相阻燃機理基本是基于羥基聚合物的﹐故有機磷系阻燃劑在環(huán)氧樹脂﹑聚氨酯中阻燃作用較大﹐而對不含有羥基的聚合物作用較小。磷系阻燃劑與鹵系阻燃劑有協(xié)同作用﹐并且依賴于聚合物的類型。

（三）膨脹型阻燃劑阻燃機理

膨脹型阻燃劑克服了傳統(tǒng)阻燃技朮的缺點﹐具有高阻燃﹑低煙﹑低毒﹑無腐蝕性氣體產(chǎn)生﹑無熔滴行為等特點。膨脹型阻燃劑通過形成多孔泡沫炭層在凝聚相起阻燃作用﹐炭層經(jīng)以下幾步形成﹕1.在較低溫度（150oC左右﹐具體取決于酸源和其它組分的性質(zhì)）下﹐由酸源放出能酯化多元醇和作為脫水劑的有機酸﹔2.在稍高溫度下﹐無機酸與多元醇（碳源）進行酯化反應(yīng)﹐而體系中的胺則作為酯化反應(yīng)的催化劑﹐使酯化反應(yīng)加速進行﹔3.體系在酯化反一色前或酯化過程中熔化﹔4.反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使已處于熔融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡﹐同時﹐多元醇和酯繼續(xù)脫水炭化﹐形成無機物及炭殘余物﹐使體系進一步膨脹發(fā)泡﹔5.反應(yīng)接近完成時﹐體系膠化的固化﹐最后形成多孔泡沫炭層。

（四）無機阻燃劑的阻燃機理

氫氧化鋁與氫氧化鎂在高溫下通過分解吸收大量的熱量﹐生成的水蒸氣可以稀釋空氣中的氧氣濃度﹐從而延緩聚合物的熱降解速度﹐減慢或抑制聚合物的燃燒﹐促進炭化﹑抑制煙霧的形成。

2Al(OH)3Al2O3+3H2O

Mg(OH)2MgO+H2O

根據(jù)這一原理﹐選擇金屬氫氧化物時﹐其分解溫度和吸熱量是兩項重要的指標(biāo)。碳酸鈣雖然也有較高的吸熱量﹐由于其分解溫度比聚合物的分解出很多﹐故不能做阻燃劑用。即使與聚合物分解生成的HCL反應(yīng)﹐由于碳酸鈣在固相﹑HCL在氣相﹐兩者的反應(yīng)速度和進程受到制約﹐沒有明顯的阻燃作用。雖然氫氧化鋁和氫氧化鎂比碳酸鈣的阻燃效率要高的多﹐但仍需要加入60%才能起到明顯作用.硼酸鋅作為阻燃劑可同時在凝聚相和氣相中發(fā)揮作用。在凝聚相中﹐硼酸鋅在火焰作用下能熔化﹑脫水形成玻璃態(tài)的包覆層﹐進一步生成無機炭層﹐同時可促進聚合物成炭﹐從而減緩聚合物的分解及可燃性氣體的生成速度﹐達到阻燃和抑煙的效果﹔氣相中﹐硼酸鋅由于分解產(chǎn)生水蒸氣而吸熱﹐當(dāng)與鹵系阻燃劑并秀或用于含鹵樹脂時﹐生成鹵化鋅﹑鹵化硼﹐在氣相中捕獲自由HO．﹑H．發(fā)揮氣相阻燃作用。

2ZnO．3B2O3+12HCLZn(OH)Cl+ZnCL2+3BCl+3BHO2+4H2O

鋅的固體熔體對PVC有抑煙作用﹐體系中含有3.5%4%的鋅有很好的抑煙性能﹐這是在燃燒過程中生成的劉易斯酸ZnCL2能促進PVC有脫氫反應(yīng)形成反式的烯烴結(jié)構(gòu)﹐有利于分子間的成環(huán)作用及炭化物的生成。

（五）抑煙作用機理

聚合物的發(fā)煙性是由于燃燒不完全或生成石墨狀微粒而引起的﹐阻燃性能越好﹐聚合物的燃燒越不完全﹐生成的煙就越多﹐因此阻燃和抑煙本身就是一對矛盾。一是聚合物燃燒時﹐本身就釋放出大量的煙霧﹔二是由于加入鹵銻阻燃劑或者磷酸酯阻燃劑后﹐使發(fā)煙量增大。前一種情況需要加入抑煙劑來抑制其發(fā)煙過程﹔后一種情況應(yīng)該盡量不使用發(fā)煙量增大的阻燃劑。根據(jù)聚合物燃燒成煙機理可知﹐抑制燃燒產(chǎn)生的煙霧實質(zhì)上就是抑制聚合物分解的可燃性氣體向空。氣中的擴散﹑加速氣相中可燃性氣體轉(zhuǎn)化為水和CO2的過程﹐液相中促進成炭反應(yīng)并將成炭微粒吸咐在燃燒物表面的過程。

第三節(jié)阻燃劑各論

一﹑溴系阻燃劑

溴系阻燃劑是鹵素阻燃劑中最重要和最有效的一種﹐由于溴系阻燃劑具有阻燃效果好﹑添加量少﹑兼容性好﹑熱穩(wěn)定性能優(yōu)異﹑對阻燃制品性能影響小﹑具有價格優(yōu)勢等優(yōu)點﹐一直很受市場歡迎。不過溴系阻燃劑也有嚴(yán)重的缺點,即降低了被阻燃材料的抗紫外線光穩(wěn)定性,燃燒時生成較多的煙﹑腐蝕性氣體和有毒氣體。溴系阻燃劑一般與氧化銻并用﹐使得生煙量更高。

（一）阻燃機理

所有的高分子材料都具有可燃性﹐完全防火的樹脂是沒有的。可以通過加入阻燃劑可以使樹脂獲得阻燃性和自熄性。當(dāng)樹脂一旦離開火源后就會停止燃燒﹐叫做自熄。燃燒一般需要具備以下三個條件﹕1.可燃物質(zhì)﹔2溫度﹔3.氧氣。只要缺少其中任何一個條件火就會熄滅。

溴系阻燃劑的阻燃作用主要是要氣相中進行﹐其主要原因是溴系阻燃劑受熱分解﹐生成HBr,而HBr能捕獲傳遞燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的活性自由基(如OH．﹑O．﹑H．),生成活性較低的溴自由基,致使燃燒緩慢或終止.反應(yīng)式如下:RBrBr．+R．

Br．+RCH3HBr+RCH2．

HBr+H．H2+Br．

HBr+O．OH．+Br．

HBr+OH．H2O+Br．

此外﹐HBr為密度大的氣體﹐且難燃﹐它不僅能稀釋空氣中的氧﹐而且能覆蓋于材料表面﹐排除空氣﹐致使材料的燃燒速度或自熄。

就阻燃效率而言﹐脂肪族溴化物脂環(huán)族溴化物芳香族溴化物﹐而熱穩(wěn)定性恰恰相反。

當(dāng)溴系阻燃劑與氧化銻并用時﹐具有明顯的協(xié)同作用。

（二）溴系阻燃劑主要品種

1.多溴二苯醚類

多溴二苯醚包括十溴二苯醚（DBOPO）﹑八溴二苯醚（ODPO）﹑五溴二苯醚（PBDPO）,它們均為添加型阻燃劑。只有十溴二苯醚是單一的化合物﹐其它兩者都是混合物。分子式分別是C12OBr10﹑C12H2OBr8﹑C12H5OBr5。十溴二苯醚（DBOPO）是一種添加型阻燃劑﹐該產(chǎn)品具有極為優(yōu)異的熱穩(wěn)定性熔點為304309oC,溴含量為83.3%。

2.溴化鄰苯二甲酸酯

代表產(chǎn)品DP-45﹐其阻燃效率高于氯化石蠟和磷酸酯﹐且發(fā)煙量低于磷酸酯。

二﹑氯系阻燃劑

氯系阻燃劑阻燃機理與溴系阻燃劑相同﹐就阻燃效率而言﹐氯系阻燃劑遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜色于溴系阻燃劑。

（一）氯化石蠟

氯含量為70%的氯化石蠟是一種白色粉未﹐化學(xué)穩(wěn)定性好﹐常溫下不溶于水和低級醇。氯含量為52%的氯化石蠟為油狀液體,在氣相中起阻燃作用.氯化石蠟通常和三氧化二銻協(xié)同使用,因其價格低廉，并有良好之可塑劑性能,尤其適用于考慮成本和產(chǎn)品加工性的場合,此為最有利之耐燃化學(xué)配方，適用于硬質(zhì)和軟質(zhì)制品．但氯化石蠟不易多加，否則容易溢出．

(二)雙(六氯環(huán)戊二烯)環(huán)辛烷

該品是一種添加型阻燃劑﹐分子式為C18H12Cl12.該品優(yōu)點極多﹐例如初期著色性好﹑電性能優(yōu)異﹑阻燃性能好﹑熱穩(wěn)定性高﹑低生煙量﹑協(xié)效劑的可選擇性﹑抗紫外線性能良好﹑耐水解性能良好﹑無毒等等。

三﹑磷系阻燃劑

磷系阻燃劑并不是什么新型阻燃劑﹐但它作為無鹵體系﹐在阻燃劑領(lǐng)域現(xiàn)在頗受歡迎。有機磷系阻燃劑包括磷酸酯﹑膦酸酯（包括其含鹵衍生物）﹑亞磷酸酯﹑氧化膦﹑含磷多元醇/氮化物等。但作為阻燃劑﹐應(yīng)用范圍最廣泛的是磷酸酯和膦酸酯﹐尤其是含鹵的磷酸酯的膦酸酯。磷酸酯和含鹵的磷酸酯兼具阻燃劑和增塑劑功能﹐以阻燃劑為主﹐稱為增塑性阻燃劑﹔而非鹵磷酸酯的主要功能是增塑﹐兼具阻燃劑作用﹐稱為阻燃性增塑劑。

（一）阻燃機理

磷系阻燃劑的阻燃機理并非單一的。一般認(rèn)為有機磷系阻燃劑可同時在凝聚相及氣相發(fā)揮阻燃作用。不過阻燃機理也因磷系阻燃劑的結(jié)構(gòu)﹑聚合物類型及燃燒條件而不盡相同。

1.凝聚相的阻燃機理當(dāng)含有磷系阻燃劑的聚合物受熱時﹐可分解生成磷酸或多磷酸。這類酸能催化含羥基化合物的吸熱脫水成炭反應(yīng)﹐生成水和焦炭。含羥基化合物炭化有結(jié)果﹐是在其表面形成石墨狀的焦炭層﹐此炭層隔氧﹑隔熱﹐使燃燒窒息﹐從而達到阻燃的目的。

2.氣相的阻燃機理有機磷系阻燃劑受熱分解的產(chǎn)物中含有PO．游離基用OH．游離基,從而使火焰中的H．及OH．濃度大大減小,起到抑制燃燒的作用.

(二)磷系阻燃劑的主要品種1.磷酸三(-氯乙基)酯磷酸三(-氯乙基)酯(TCEP)為添加型阻燃劑,分子式為C6H12O4Cl3P.磷酸三(-氯乙基)酯為無色透明液體,不溶于脂肪烴,微溶于水.磷酸三(-氯乙基)酯具有優(yōu)異的阻燃性、優(yōu)良的抗低溫性和抗紫外線性。其蒸氣只有在225度用直接火焰才能點燃，且移走火焰后即自熄。以TECP為阻燃劑，不僅僅可以提高被阻燃材料的阻燃級別，還可以提高其耐水性、耐酸性、耐寒性及抗靜電性。TECP在阻燃不飽和聚酯中用10%-20%，在軟質(zhì)PVC中作為輔助增塑阻燃劑使用時為5%-10%.

2.磷酸三(1,3氯乙-2-丙基)酯磷酸三(1,3氯乙-2-丙基)酯(TDCPP)為添加型阻燃劑,分子式為C9H15O4CL6P.TDCPP在軟質(zhì)PVC中的添加量不超過15%.

3.亞磷酸酯以.亞磷酸三苯酯(TPP)和.亞磷酸二苯異辛酯(DPIOP)為主

四﹑膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑是以磷氮為主要成分的阻燃劑﹐它不含鹵素﹐也不采用氧化銻為協(xié)效劑。含有膨脹型阻燃劑的高聚物受熱時﹐表面能生成一層均勻的炭質(zhì)泡沫層﹐該泡沫層隔熱﹑隔氧﹑抑煙并能防止產(chǎn)生熔融滴落﹐而形成良好的阻燃性能。

膨脹型阻燃體系一般由三個部分組成﹕

（1）酸源（脫水劑）一般可以是無機酸或加熱至100-250oC時生成無機酸的化合物﹐如磷酸﹑硫酸﹑硼酸﹑各種磷酸鹽﹑酸酸酯和硼酸鹽等。

（2）炭源（成炭劑）它是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ)﹐主要是一些含碳量高的多羥基化合物﹐如淀粉﹑季戊四醇和它的二聚物﹑三聚物以及含有羥基的有機樹脂等。

（3）氣源（氮源﹑發(fā)泡源）常用的發(fā)泡源一般為三聚氰胺﹑雙氰胺﹑聚磷酸胺等。

膨脹型阻燃劑對于不同的聚合物體系﹐有時不需要幾個組分同時并用﹐只需要加入其中的一種或者幾趾﹐聚合物本身也可以充當(dāng)其中的某一角色。

由于膨脹型阻燃劑需要適應(yīng)聚合物的加工溫度﹐因此不能象膨脹型阻燃涂料那樣只覆蓋于被阻燃材料的表面﹐所以膨脹型阻燃劑應(yīng)具備以下性質(zhì)﹕1.熱穩(wěn)定性好﹐能夠經(jīng)受聚合物加工過程中200oC以上的高溫﹔2.由于聚合物熱降解要釋放出大量揮發(fā)性物質(zhì)親形成殘渣﹐因而該過程不應(yīng)對膨脹發(fā)泡過程產(chǎn)生不良影響﹔3.盡管膨脹型阻燃劑可均勻分布在聚合物體系中﹐但在材料燃燒時要能形成一層完全覆蓋于材料表面的膨脹炭層﹔4.膨脹型阻燃劑必須與被阻燃物有良好的兼容性﹐不能與聚合物和添加劑發(fā)生不良作用﹐不能過多惡化材料的物理機械性能。也就是說﹐阻燃劑必須與聚合物相匹配才能有效的發(fā)揮其阻燃作用﹐這種匹配包括熱行為﹑受熱條件下的生成物質(zhì)等。

五﹑無機阻燃劑

（一）氫氧化鋁（Al(OH)3）

氫氧化鋁又名三水合鋁﹐三水合氧化鋁﹐簡稱ATH.分子式Al(OH)3.用于阻燃用的氫氧化鋁一般是晶型﹐因此也可表示為-Al(OH)3。氫氧化鋁開始分解的溫度為205oC。在205230oC時﹐-Al(OH)3部分失水﹔在530oC左右﹐進一步分解轉(zhuǎn)化為-Al2O3.整個過程要吸收大量的熱量.

單獨使用氫氧化鋁﹐添加量需要在60PHR以上﹐這必然要影響到樹脂的加工性能和物理性能﹐為了克服上述缺點﹐對氫氧化鋁進行超細(xì)化處理并用偶聯(lián)劑進行表面改性。目前氫氧化鋁的改性主要集中在粒度分布的控制﹑偶聯(lián)劑的表面處理上。使用的偶聯(lián)劑有硅烷﹑鈦酸酯等。此外也可以采用硬酯酸鋅﹑硬酯酸鈉進行表面處理。為了改善氫氧化鋁的阻燃性能﹐提高其耐熱性﹑消煙性﹑耐濕性﹑與被阻燃基材的兼容性及電絕緣性等﹐可使粒徑細(xì)微化和超細(xì)微化﹐控制合理的顆粒分布﹐降低氫氧化鋁中的Na+含量等。

氫氧化鋁與鹵銻﹑硼酸鋅﹑紅磷等多種阻燃劑有協(xié)同作用。單獨使用氫氧化鋁添加量需要在60%以上時才能達到較好的阻燃效果。氫氧化鋁用于PVC軟制品和半硬制品時﹐通常與氧化銻﹑硼酸鋅并用﹐不但可以提高阻燃性還可以抑制煙霧的產(chǎn)生。氫氧化鋁用于PP﹑PE時,一般與紅磷﹑季戊四醇﹑聚磷酸胺等組成膨脹型阻燃體系。

（二）氫氧化鎂

氫氧化鎂與氫氧化鋁有許多相似之處﹐同樣具有無煙﹑無毒﹑無腐蝕等優(yōu)點。氫氧化鎂為白色粉未﹐分子式為Mg(OH)2﹐體積電阻108--1010。分解溫度為340oC﹐更適合于某些需要加工溫度較高的聚合物。在部分情況下,高填充的氫氧化鎂和氫氧化鋁對氧指數(shù)的提高也許會有幫助,但無助于水平燃燒性能(如UL94)的提高.氫氧化鎂具有優(yōu)異的抑制HCl生成的能力,這方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CaCO3和氫氧化鋁.

(三)紅磷和包覆紅磷

紅磷和聚磷酸銨是磷系阻燃劑中具有獨特性能的兩種阻燃劑.隨著近年來膨脹型阻燃劑的發(fā)展,聚磷酸銨已成為其中不可或缺的重要組分.而紅磷由于其優(yōu)異的阻燃﹑低毒性能和與多種阻燃劑的協(xié)同作用﹐成為非鹵阻燃劑中的重要品種。紅磷由于僅含有磷元素﹐因此比其它磷系阻燃劑阻燃效率高﹑添加量低﹐較少降低材料的力學(xué)性能。紅磷做為阻燃劑缺點也較突出﹕1.紅磷在空氣中很容易吸收水分,生成磷酸﹑亞磷酸等物質(zhì)﹐因此紅磷在聚合物中經(jīng)過較長時間后,制品表面的紅磷吸潮氧化﹐使制品表面被腐蝕而失去光澤和原有的性能﹐并慢慢向內(nèi)層深化﹐尤其對電子組件有絕緣性能影響更大。2.紅磷與樹脂兼容性差﹐不僅難以分散﹐而且會出現(xiàn)離析沉降﹐使樹脂的黏度上升﹐給樹脂的操作帶來困難﹐導(dǎo)致性能下降。3.紅磷長期與空氣接觸的過程中﹐除生成各種酸外﹐并會釋放出有劇毒的PH3氣體。4.紅磷易為沖擊所引燃﹐干燥的紅磷粉塵有燃燒及爆炸危險。5.紅磷的紫紅色易使被阻燃物著色。

為了克服以上缺點﹐將紅磷用有機物或者無機物包覆起來﹐為包覆紅磷。紅磷包覆按照包覆的材料分為三種,無機包覆﹑有機包覆﹑有機-無機復(fù)合包覆。無機包覆法是以無機材料為包覆材料的方法。例如以氫氧化鋁包覆時﹐可將紅磷懸浮于含硫酸鋁的水溶液中﹐再加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH值﹐以生成氫氧化鋁沉淀在紅磷表面并形成均一而致密的保護層.無機包覆紅磷在著火點﹑吸濕性和PH3發(fā)生量等方面都得到了不同程度的改善﹐但仍與樹兼容性差﹐著火點不夠高﹐仍產(chǎn)生一定量的PH3.無機包覆材料還可以是氫氧化鎂﹑氫氧化鋅等。有機包覆法是以有機物包覆紅磷﹐目前多采用熱固性樹脂﹐如環(huán)氧樹脂進行包覆。有機-無機復(fù)合包覆是指先包覆一層無機物﹐再包覆一層有機物。包覆紅磷對制品的物理﹑機械性能影響小﹐賦予被阻燃材料較好的抗沖擊性能﹐改善了與樹脂的兼容性﹔同時包覆紅磷的熱穩(wěn)定性好﹐可用于某些需要高溫加工成型搞聚物制品﹐且低煙低毒﹐與樹脂混合時不放出PH3﹐也不易被沖擊引燃﹐粉塵爆炸危險性大為減少﹔此外包覆紅磷在耐候性﹑電氣性能﹑穩(wěn)定性等方面也有較好表現(xiàn)。

除包覆外﹐鋁鋅也能降低紅磷氧化速度。金屬氫氧化物是紅磷氧化的抑制劑﹐因此紅磷中常常加入氫氧化鋁以使紅磷穩(wěn)定化。紅磷的阻燃效果與被阻燃物有關(guān)。例如紅磷阻燃非含氧聚合物HDPE的氧指數(shù)與紅磷的用量成正比﹐而阻燃含氧聚合物PET的氧指數(shù)與紅磷用量的平方根成反比。紅磷在聚合筘的用量有一極限值﹐通常在8%-10%之間﹐用量再高可能引起阻燃性能的下降。紅磷雖然有較高的阻燃效率﹐但單獨使用紅磷很難達到阻燃要求﹐所以通常與其它阻燃劑配合使用。聚銑胺是紅磷阻燃的主要對象之一.

(四)聚磷酸胺（APP）

聚磷酸胺通常簡稱APP,其通式為(NH4)n+