《阻燃材料與技術(shù)》課件 顏龍 第3、4講 阻燃基本理論、阻燃劑性能與應(yīng)用

《阻燃材料與技術(shù)》第3章

阻燃基本理論第三章阻燃基本理論本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)：教學(xué)要求：認(rèn)識和掌握凝聚相阻燃機理、氣相阻燃機理、協(xié)效阻燃機理和其他阻燃機理，掌握協(xié)效阻燃作用評價方法。重點與難點：凝聚相阻燃機理、氣相阻燃機理、協(xié)效作用評價方法。3.1阻燃的基本概念阻燃：防止、減緩、終止燃燒冷卻作用稀釋作用隔離作用終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)燃燒過程：燃燒三要素、四面體3.1阻燃的基本概念阻燃，實質(zhì)上是延緩、抑制燃燒的傳播，減少熱引燃出現(xiàn)的概率，是一種從根本上抑制、消除失控燃燒的技術(shù)。阻燃技術(shù)就是采用合適的化學(xué)物質(zhì)（阻燃劑、改性劑）或合成技術(shù)（引入阻燃結(jié)構(gòu)單元）從本質(zhì)上改變聚合物材料的熱物理和化學(xué)性質(zhì)而使其成為火災(zāi)惰性材料，或者為材料本身提供外在隔熱隔氧保護層而使其免于發(fā)生燃燒的一系列科學(xué)方法與手段。實現(xiàn)阻燃的途徑熱穩(wěn)定性保護膜自由基吸收熱量氣體隔離層稀釋氧氣和可燃物3.1阻燃的基本概念1.凝聚相阻燃機理阻燃機理2.氣相阻燃機理3.協(xié)效阻燃機理4.其它阻燃機理張軍,紀(jì)奎江,夏延致.聚合物燃燒與阻燃技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2005.阻燃劑在燃燒過程中的阻燃作用主要包括：捕捉自由基（鹵素阻燃劑、磷系阻燃劑等）吸收熱量（氫氧化物、硼砂等）覆蓋作用（磷酸酯類阻燃劑、硼酸）稀釋作用（磷酸銨、氯化銨、碳酸銨）脫水炭化作用（磷酸二氫銨、磷酸銨、氯化銨）3.2凝聚相阻燃機理材料的燃燒過程示意圖3.2凝聚相阻燃機理凝聚相阻燃機理也稱做固相阻燃機理，是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用。有四種情況：1.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的阻燃劑：阻燃劑在凝聚相中延緩或阻止可產(chǎn)生可燃性氣體和自由基的熱分解2.填料型阻燃劑：阻燃材料中添加大比熱容的無機填料，通過蓄熱和導(dǎo)熱使材料不易達到熱分解溫度3.分解過程中可吸熱的阻燃劑：阻燃劑受熱分解吸熱，使阻燃材料溫升減緩或中止（氫氧化鋁和氫氧化鎂）4.燃燒后可在聚合物表面生成保護炭層：阻燃材料燃燒時在其表面生成多孔炭層，此炭層難燃、能隔熱、隔氧，又可阻止可燃?xì)怏w進入燃燒氣相，致使燃燒中斷。膨脹型阻燃劑即按此機理阻燃。3.2凝聚相阻燃機理1.阻燃劑在凝聚相中延緩或阻止可產(chǎn)生可燃性氣體和自由基的熱分解。如：在聚氯乙烯（PVC）中起阻燃抑煙作用的三氧化鉬（MoO3）就是此類阻燃劑。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的阻燃劑：3.2凝聚相阻燃機理阻燃材料中添加大比熱容的無機填料，通過蓄熱和導(dǎo)熱使材料不易達到熱分解溫度。填料型阻燃劑：分解過程中可吸熱的阻燃劑阻燃劑受熱分解吸熱，使阻燃材料溫升減緩或中止，如工業(yè)上大量使用的氫氧化鋁（ATH）及氫氧化鎂（MH）。3.2凝聚相阻燃機理3.2.1成炭作用機理1、成炭效果成炭過程一般要經(jīng)歷交聯(lián)、芳構(gòu)化、芳環(huán)的熔化、渦輪形層狀炭生成、石墨化。聚合物燃燒時形成的炭即與渦輪形層狀炭相似。3.2凝聚相阻燃機理聚合物L(fēng)OI/％成炭率％聚合物L(fēng)OI/％成炭率％POM15-------PBT233PU16.5-------PC2524SBS16.9-------PPO2429PP17-------PSF3248PMMA17.3-------CR38PE17.4-------PI4149PS18-------PFA3154.4NR19--21-------PBI4157.7SBR19--21-------PFR3560.4PET20.6-------PVC4523.9NBR22-------2、成炭作用1避免生成氣體燃料，抑制聚合物的燃燒。2成炭過程往往伴隨有水的生成，氣體燃料被高熱容的不可燃水蒸氣稀釋，降低燃燒幾率。3形成一層熱傳導(dǎo)的壁壘，保護下層的聚合物。4吸熱反應(yīng)，有利于降低環(huán)境溫度。成炭多少則用成炭率表示，這可通過TG、DSC、錐形量熱儀等現(xiàn)代測試分析方法及其它方法表征。3.2凝聚相阻燃機理3、成炭方式說明舉例直接成炭芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物催化成炭在一定條件下，加入少量的催化劑，能使聚合物催化氧化脫氫而生成水和炭。PP中加入1phr的乙酰丙酮鈷或乙酰丙酮鋅，可使PP具有自熄性，提高了PP的成炭率。交聯(lián)成炭生成隔熱和阻止聚合物降解的保護層，因而提高阻燃性。PMMA，PSPS等聚合物也可通過輻照交聯(lián)，但輻照交聯(lián)作用取決于聚合物分子結(jié)構(gòu)特征。加成炭劑對于PP、PS等分子結(jié)構(gòu)中不含氧的聚合物，磷系阻燃劑成炭作用很差，需要另外加成炭劑。PP與季戊四醇和焦磷酸二銨。3.2凝聚相阻燃機理成炭劑：除含磷化合物外可選用Lewis酸類、氧化劑或還原劑、含金屬的添加劑以及低熔點玻璃和陶瓷。通過聚合物的接枝共聚將成炭單體接枝到聚合物上或采用共混技術(shù)，使某一聚合物與本質(zhì)阻燃聚合物共混，都是增加成碳作用，提高材料阻燃性的有效方法。3.2凝聚相阻燃機理Question1:在固相阻燃中，有沒有

自由基作用機理？3.2凝聚相阻燃機理固相自由基作用：高溫降解自由基：R?和OH?以及RO2?加入鹵素，會抑制自由基反應(yīng)抗氧劑的作用：阻止氧化和氧的穿透，一般不耐高溫磷系阻燃劑可以在固相中抑制自由基3.2凝聚相阻燃機理3.2.2固相自由基阻燃機理3.2凝聚相阻燃機理阻燃劑分子生成活性自由基，奪氫生成XH，消耗掉大量的活性氫氧自由基3.3氣相阻燃機理（1）熱作用下能釋放自由基抑制劑，中斷燃燒鏈反應(yīng)。

應(yīng)用廣泛的鹵－銻協(xié)同體系主要按此機理產(chǎn)生阻燃作用。WilkieCA.Fireretardancyofpolymers[J].MaterialsToday,2009,12(4):46-46.3.3氣相阻燃機理（2）阻燃材料受熱或燃燒時生成細(xì)微粒子，它們能促進自由基相互結(jié)合以終止鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)。通過中斷自由基氧化過程中的鏈增長步驟可以達到火焰自熄，由聚合物熱降解和熱氧化產(chǎn)生的H?和OH?自由基是最活潑的鏈增長自由基，例如碳?xì)浠鹧嬷械难跏且灾Щ磻?yīng)的形式被消耗的。而由CO至CO2的高放熱氧化反應(yīng)是由OH?自由基產(chǎn)生的。（3）受熱分解時，釋放出大量的惰性氣體，稀釋氧和氣態(tài)可燃物，并降低可燃?xì)怏w溫度，阻止燃燒。（4）受熱后，只產(chǎn)生高密度蒸汽。覆蓋住聚合物分解出的可燃?xì)怏w，隔斷它與空氣和氧的接觸，從而使燃燒窒息。（5）阻燃材料受熱或燃燒時產(chǎn)生的非可燃性產(chǎn)物稀釋可燃性揮發(fā)產(chǎn)物，這種稀釋降低了放熱氧化反應(yīng)的速率、增加了被加熱的由氧化反應(yīng)生成的氣體體積、降低了火焰溫度、降低了向聚合物的傳熱速率，從而造成聚合物降解速率低于自維持燃燒循環(huán)值。如ATH和MH受熱分解會產(chǎn)生水蒸氣。3.3氣相阻燃機理Question2:含磷阻燃劑是否在氣相起作用？3.3氣相阻燃機理氣相化學(xué)阻燃：磷系阻燃劑在燃燒火焰中同樣有很好阻燃性。磷酸三苯酯和三烷基磷氧化物在火焰中分解成小分子量組分：P,PO,PO2和HPO2，這些組分與體系中的氫原子相互作用，減緩了燃燒鏈反應(yīng)進程。反應(yīng)過程：3.3.1化學(xué)作用機理Question3:在氣相阻燃中，有沒有物理阻燃作用機理？3.3氣相阻燃機理3.3氣相阻燃機理3.3.2物理作用機理氣相物理阻燃：稀釋作用隔絕作用：阻燃劑在燃燒時釋放出密度大的氣體，彌漫覆蓋于聚合物表面。冷卻作用吹熄作用：阻燃劑產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物在基材內(nèi)部形成含有較高濃度阻燃成分的氣泡，沖破基材向外高速噴出形成高速氣體。稀釋作用示意圖吹熄作用示意圖3.4協(xié)效阻燃機理1.協(xié)效阻燃系統(tǒng)——在聚合物阻燃系統(tǒng)中，為提高阻燃效率，經(jīng)常采用一種阻燃劑與另一種稱為協(xié)效劑并用，這種由兩種或兩種以上組分組成的系統(tǒng)。2.協(xié)效劑——①不一定是阻燃劑；②只有在與阻燃劑并用時，才具有一定的阻燃性。3.協(xié)同效應(yīng)(SE)——協(xié)效系統(tǒng)的阻燃作用，往往大于由單一組份所產(chǎn)生的阻燃作用之和。4.常用協(xié)效阻燃體系——鹵-銻協(xié)效、磷-磷協(xié)效、磷-氮協(xié)效、鹵-磷協(xié)效、磷-硼協(xié)效、金屬化合物與IFR協(xié)效、銻-磷協(xié)效、無機填料協(xié)效等。協(xié)效阻燃體系：兩種或者以上組分組成的阻燃體系，之間存在協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)（synergisticeffect)：1+1>2，聯(lián)合阻燃效果大于單一組分作用效果之和。3.4協(xié)效阻燃機理協(xié)效阻燃系統(tǒng)鹵-銻協(xié)效磷–磷協(xié)效磷-氮協(xié)效鹵磷協(xié)效吸熱阻燃消煙機理3.4協(xié)效阻燃機理3.4.1鹵-銻協(xié)效體系氯-銻：在高溫下三氧化二銻能與氯系阻燃劑分解成的氯化氫反應(yīng)生成三氯化銻或氯氧化銻，而氯氧化銻又可以在很寬的溫度范圍繼續(xù)分解為三氯化銻。Sb2O3(s)+6HCl(g)Sb2O3(s)+6HCl(g)5SbOCl(s)4Sb4O5Cl2(s)3Sb3O4Cl(s)2SbCl3(g)+3H2O2SbOCl(s)+H2OSb4O5Cl2(s)+SbCl3(g)5Sb3O4Cl(s)+SbCl3(g)

4Sb2O3(s)+SbCl3(g)

250℃245~280℃410~475℃475~565℃3.4協(xié)效阻燃機理三氯化銻與氣相中的自由基反應(yīng)，改變氣相的反應(yīng)方式，減少反應(yīng)熱量：SbCl3+H·SbCl3SbCl3+CH3·SbCl2·+H·SbCl2·+CH3·SbCl·+H·SbCl·+CH3·HCl+SbCl2

·SbCl2

·+Cl·

CH3Cl+SbCl2

·SbCl·+HCl

CH3Cl·+SbCl·

Sb+HCl

Sb+CH3Cl

3.4.1鹵-銻協(xié)效體系3.4協(xié)效阻燃機理同時，三氯化銻的分解也緩慢地放出氯自由基，后者又與氣相的自由基（如H·）結(jié)合，能較久地維持阻燃功能。Cl·+CH3

·Cl·+H·Cl·+HO2

·HCl+H·Cl·+Cl·+MCl2+CH3

·CH3ClHCl

HCl+O2

H2+Cl·Cl2+M

CH3Cl+Cl·

反應(yīng)式中的M是吸收能量物質(zhì)。3.4.1鹵-銻協(xié)效體系3.4協(xié)效阻燃機理磷-鹵協(xié)效機理：阻止自由基反應(yīng)，促進成炭。不具有普遍性，加入氧化銻往往產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。典型的案例：聚丙烯晴（PAN）中，APP和六溴環(huán)十二烷（HBCD）溴-氨協(xié)效機理：HBr阻止自由基反應(yīng),氨氣稀釋作用。典型的案例：NH4Br在PP中具有明顯的協(xié)效作用。溴-氨協(xié)效機理：在三氧化二銻存在下，通過溴-銻路線起作用；可以生成反應(yīng)性高的極性BrCl，有利于阻燃。典型的案例：ABS,HIPS,PP中，使用Sb2O3和氯化石蠟、五溴甲苯

。3.4.2磷-鹵協(xié)效體系3.4.3溴-氨協(xié)效體系3.4協(xié)效阻燃機理聚合物阻燃劑協(xié)效劑EFFSEPPPPPPPPPPPPPPPPPPLRAM3.5(EBM)LRAM3.5(EBM)棉棉毛毛APPAPPAPPAPPAPP(EDAP)APPAPPAPPAPPAPPAPPPyrovatexPyrovatex氨基磺酸氨基磺酸

季戊四醇三聚氰胺季戊四醇+三聚氰胺

SpinflamMF82THEICExolitIFR23P季戊四醇+催化劑A季戊四醇沸石4A

TMM

脲0.311.70.922.42.13.0

2.83.53.131.763.164.07.00.450.73

5.53.07.76.89.7

9.011.310.1

10.2

1.75

1.6磷-氮協(xié)效機理磷氮鍵比磷氧鍵更具活性。氮可以形成氨氣等難燃?xì)怏w，稀釋作用，有利于形成膨脹炭層。P-N已經(jīng)確認(rèn)，PON尚無定論。3.4.4磷-氮協(xié)效體系3.4協(xié)效阻燃機理其它協(xié)效體系磷-磷磷-銻鹵-硼鹵素-金屬化合物IFR-無機填料課后查閱相關(guān)資料，了解和掌握特殊協(xié)同體系的阻燃作用機理3.4.5其它協(xié)效體系3.4協(xié)效阻燃機理DOI：10.1016/j.polymdegradstab.2018.02.0073.4協(xié)效阻燃機理DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2022.1100743.4協(xié)效阻燃機理DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2022.1100743.4協(xié)效阻燃機理/10.1016/j.porgcoat.2022.1069253.4協(xié)效阻燃機理/10.1016/j.porgcoat.2022.1069253.4協(xié)效阻燃機理DOI:10.1016/j.jhazmat.2018.09.0863.4協(xié)效阻燃機理DOI:10.1016/j.colsurfa.2021.1265063.4協(xié)效阻燃機理DOI:10.1016/j.cej.2019.1237553.4協(xié)效阻燃機理協(xié)效效率（SE）常被用于評價不同協(xié)效體系之間協(xié)效作用的強弱，SE定義為協(xié)效體系的阻燃效率（EFF）與協(xié)效系統(tǒng)中相同添加量的阻燃劑（不含添加劑）阻燃效率之比。而EFF定義為在一定添加量范圍內(nèi)單位質(zhì)量阻燃元素所增加的被阻燃基材的極限氧指數(shù)（LOI）值。

3.4.6協(xié)效作用評價方法3.4協(xié)效阻燃機理Question4:如表1所示是EVA及其阻燃復(fù)合材料的錐形量熱數(shù)據(jù)，試分析各組分對EVA復(fù)合材料阻燃性能的影響，分析IFR和AT之間是否存在協(xié)同效用？3.5其他阻燃機理其它阻燃機理1.中斷熱交換阻燃機理2.硅化合物的阻燃機理3.硼酸鹽的阻燃機理4.紅磷阻燃機理5.吸熱阻燃機理(ATH/MH)6.消煙機理（鉬化合物）7.聚合物/層狀硅酸鹽阻燃機理3.5其他阻燃機理1.熱交換中斷阻燃機理：能夠?qū)崃繋ё撸钄嘟到膺^程。主要為易于熔融自身不燃的化合物。2.紅磷阻燃機理：400-500℃成為白磷，與水汽反應(yīng)生成磷的含氧酸，加速碳化，形成炭層。效率與聚合物有關(guān)。PE,PET,PA等效果明顯。3.硼酸鹽阻燃機理：形成玻璃態(tài)無機膨脹涂層、促進成炭、形成有效的隔離層。例如：硼酸鋅（ZB）與含鹵阻燃劑共用時，可以同時在氣相和固相起作用。4.吸熱阻燃機理：釋放水分，氣化吸收大量熱量，同時稀釋可燃物。該類阻燃劑包括：金屬氧化物，氫氧化鎂（MH)，氫氧化鋁（ATH)。5.消煙機理：一般認(rèn)為消煙劑通過促進高分子的交聯(lián)，促進固相成炭作用，減低生煙成分，或者將煙塵鍵合在芳香環(huán)結(jié)構(gòu)中，需進一步研究。該類阻燃劑包括：鉬化物，鐵化合物，MH，ATH。3.5其他阻燃機理3.5其他阻燃機理紅磷阻燃機理1234紅磷在400～500℃下解聚成白磷。白磷在水氣存在下被氧化為粘性的磷的含氧酸。磷酸既覆蓋在材料的表面，又在材料表面加速脫水炭化。形成的炭層可將外部的氧、揮發(fā)可燃物和熱與內(nèi)部的聚合物隔開，使燃燒中斷。紅磷是具有高活性的阻燃劑

對PC、PET等含氧或氮聚合物的阻燃作用好

硼酸鹽的阻燃機理能形成玻璃態(tài)無機膨脹涂層、促進成炭作用、阻礙揮發(fā)性可燃物逸出和的作用。高溫下脫水吸熱稀釋逸出可燃物經(jīng)常使用的阻燃劑是硼酸鋅（ZnB）3.5其他阻燃機理3.5其他阻燃機理消煙機理鐵化合物消煙機理常用的是二茂鐵、苯甲酰二茂鐵和乙酰丙酮鐵等。氫氧化鋁和氫氧化鎂鉬化物消煙機理——較好的抑煙和成炭阻燃作用

常用的有三氧化鉬、八鉬酸銨（AOM）、鉬酸鋅的復(fù)合物和鉬酸鈣的復(fù)合物等。氮化合物阻燃機理3.5其他阻燃機理阻燃途徑三聚氰胺及其鹽鹵-銻體系有機磷化合物金屬水合物捕獲活性自由基√√√

干擾高聚物的降解√√√

吸熱√

√促進成炭√

√

形成膨脹阻隔層√

√

生成惰性氣體√√

√熔滴移熱√

3.5其他阻燃機理蒙脫土及聚合物/黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)阻燃機理氣化-沉淀理論表面能-遷移理論“皮-窩”炭層阻燃理論片層阻隔理論3.5其他阻燃機理1.氣化-沉淀理論認(rèn)為硅酸鹽片層分布在聚合物中，當(dāng)聚合物受熱分解氣化后，硅酸鹽片層沉淀下來形成固體殘渣，進而起到阻燃作用，但該理論與PLS材料燃燒后顯著成渣結(jié)果不符，且難以解釋燃燒過程中熱釋放速率顯著降低的行為。2.表面能-遷移理論認(rèn)為在燃燒過程中硅酸鹽片層由于比聚合物表面能低的緣故，在聚合物熔融或分解后，片層自發(fā)向燃燒或受熱表面遷移，能較好的解釋熱釋放速率降低行為，但最新研究結(jié)果表明在燃燒過程中硅酸鹽片層也可以大量橫向聚集，并非一定向受熱表面浮升聚集。3.“皮-窩”炭層阻燃理論認(rèn)為層狀硅酸鹽的阻燃劑作用與其在燃燒過程中形成了一層比較薄但密實的皮層，皮層之下是較厚的一層蜂窩層，這種“皮-窩”結(jié)構(gòu)賦予炭層良好的阻隔熱的作用，減緩了熱分解過程。3.5其他阻燃機理3.5其他阻燃機理“皮-窩”炭層阻燃理論Question5:層狀硅酸鹽納米阻燃劑的阻

燃機理有哪些？3.5其他阻燃機理謝

謝

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阻燃劑性能與應(yīng)用第四章阻燃劑性能與應(yīng)用本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)：教學(xué)要求：掌握阻燃劑的分類、基本要求以及選取原則，熟悉鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系阻燃劑、填料型阻燃劑和納米阻燃劑等常用阻燃劑。重點與難點：阻燃劑的分類及選型、膨脹型阻燃劑、納米阻燃劑。Howtoachieveflameretardancy?1)changingthepyrolysisreactionstoformacarbonaceouschar;2)inhibitingtheinitiatingradicalsinthepre-flameandflamezones;3)addingsomehydratedinorganicadditiveswhichdecomposeendothermicallyandreleasewater;4)modifyingthechemicalstructureofthepolymertochangeitsdecompositionprocedureand/ortoimprovethecompatibilitywithotherflameretardants;5)additionofchar-formingadditives.4.1概述4.1概述阻燃劑在聚合物中的應(yīng)用方法共聚共混涂層接枝后整理4.1概述阻燃劑的阻燃方式改變分解反應(yīng)歷程形成炭層，隔絕熱傳遞，減少揮發(fā)性物質(zhì)的生成，抑制進一步氧化；在燃燒區(qū)域捕捉引發(fā)自由基，如Sb-鹵協(xié)同體系；添加含水無機填料，降解過程中吸熱并釋放出水，為基材散熱并稀釋可燃性揮發(fā)物質(zhì)；改變聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)達到改變降解過程（和）或改善它與阻燃劑相容性的目的；添加成炭劑，使之具有更好的膨脹性能。4.1概述

Definition：Flameretardantsaresubstancesthathavethequalityofinhibitingorresistingthespreadoffire.

定義：賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑，往往在較少添加量下能夠明顯抑制可燃物的火勢蔓延。按照阻燃劑與阻燃基材：反應(yīng)型和添加型。

反應(yīng)型阻燃劑或作為聚合物的單體，或作為輔助試劑而參與合成聚合物的化學(xué)反應(yīng)，最后成為聚合物的結(jié)構(gòu)單元，多用于熱固性聚合物；

添加型阻燃劑與聚合物基材及基材其他組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性聚合物。按照阻燃元素：鹵系、有機磷系、鹵-磷系、氮系、磷-氮系、銻系、鋁-鎂系、無機磷系、硼系、鉬系等。工業(yè)上用量最大的無機阻燃劑和有機阻燃劑分別是鋁-鎂系和鹵系阻燃劑。阻燃劑的分類(classification)4.1概述水合金屬氧化物磷酸酯鹵代烴

金屬氧化物金屬硼化物膨脹型阻燃劑阻燃劑分類（添加型）4.1概述含羥基化合物

鹵代酸酐含磷多元醇乙烯基衍生物含環(huán)氧基化合物阻燃劑分類（反應(yīng)型）4.1概述

阻燃效率高；

本身低毒或基本無毒，燃燒時生成的有毒和腐蝕性煙氣少；

與基材的相容性好，不易遷移和滲出，被阻燃材料可回收和循環(huán)使用；

良好的熱穩(wěn)定性，分解溫度在250~400℃之間；不會過多惡化基材的加工性能及物理-機械性能及電氣性能等；

具有可接受的耐候性；

原料來源充足，制造工藝簡便，價格低廉。阻燃劑的基本要求4.1概述Question1:元素周期表中哪些元素

具有阻燃作用？4.1概述4.1概述ThemainelementsinvolvedinflameretardantsIIA

IIIAIVAVAVIAVIIA

B

C

N

MgIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIB

Al

Si

P

SClCaTiFeCoNiCuZnBrZrMoSnSb

WBi4.1概述世界上產(chǎn)量和使用量最大的有機阻燃劑優(yōu)點：價格低廉、添加量少、阻燃效率高、與基材相容性好，能保持阻燃劑制品原有的理化性能等。缺點：在熱裂解或燃燒時，生煙量大，產(chǎn)生有毒和腐蝕性氣體。其中大量使用的是含氯與含溴阻燃劑。溴系阻燃劑是產(chǎn)量最大，應(yīng)用最為廣泛的阻燃劑之一。4.2鹵素阻燃劑高分子聚合型3產(chǎn)量最大，應(yīng)用最為廣泛的有機阻燃劑之一，應(yīng)用于建筑和電子行業(yè)。阻燃性能好，用量少，對產(chǎn)品性能影響小，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍為主要的阻燃劑品種。它的一個重要發(fā)展方向是高分子化，以解決遷移性，提高相容性和熱穩(wěn)定性等問題。元素復(fù)合型

2高溴單體型14.2.1溴系阻燃劑4.2鹵素阻燃劑用途廣（各種結(jié)構(gòu)的纖維，塑料，橡膠），品種豐富（85種）。效率高，價格適宜，性價比極佳。熱穩(wěn)定性高，可承受高聚物加工溫度，與高聚物分解溫度匹配。添加量低，用量與阻燃性幾乎成正比。水解穩(wěn)定性好。與聚合物基體相容性好，對基體物理-機械性能影響小。溴系阻燃劑的優(yōu)點阻燃性與添加量關(guān)系圖4.2鹵素阻燃劑4.2.1溴系阻燃劑四溴雙酚A(TBBA)四溴雙酚A是由雙酚A溴化而得。常用作制造溴化環(huán)氧樹脂、含溴聚碳酸酯及作為中間體合成其他復(fù)雜的阻燃劑，如四溴雙酚A(雙2,3—二溴丙基)醚(八溴醚)等，也可作為添加型阻燃劑用于ABS和HIPS等，是極為重要的溴系阻燃劑之一。燃燒時不產(chǎn)生致癌物質(zhì)，毒性小。4.2.1溴系阻燃劑—高溴單體型4.2鹵素阻燃劑分子量943.65，相對密度為2.17，熔點為107~120℃，理論溴含量為67.7%。溶于二氯乙烷、甲苯、丙酮，微溶于水和甲醇。廣泛用于阻燃PP、PE、聚烯烴共聚物。4.2.1溴系阻燃劑—高溴單體型4.2鹵素阻燃劑八溴醚甲基八溴醚八溴醚和甲基八溴醚既含有芳香族溴又含有脂肪族溴，具有較好的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性以及較高的分解溫度。分子量971.7，與八溴醚一樣屬于聚烯烴類聚合物的高效阻燃劑。溴含量高達68%熱穩(wěn)定性好，分解溫度高，可在315℃下穩(wěn)定使用?；w相容性較好，阻燃效果持久，適用于尼龍和聚酯類耐高溫樹脂，同時也適用于聚乙烯和苯乙烯這類樹脂。4.2.1溴系阻燃劑—高分子聚合型溴含量為53.4%用于阻燃尼龍和聚酯類耐高溫樹脂及ABS、熱塑性聚氨酯和PC/ABS塑料合金。毒性小，燃燒時不會產(chǎn)生二噁英，是DBDPO的重要替代品之一。4.2鹵素阻燃劑溴化聚苯乙烯(BPS)溴化環(huán)氧樹脂溴代三嗪溴-氮系統(tǒng)的環(huán)保型阻燃劑溴含量為67%，相對密度為2.44，熔點為230℃。與樹脂的相容性好，提高制品的抗沖擊強度、改善制品的著色性且不影響熱塑性塑料的透明性。適用于阻燃具有較高加工溫度的ABS、ABS/PC合金、HIPS、PBT等塑料制品。可以替代溴化聚苯乙烯等微黃或深褐色阻燃劑，滿足產(chǎn)品阻燃和其他性能的綜合要求。4.2.1溴系阻燃劑—元素復(fù)合型4.2鹵素阻燃劑4.2.2氯系阻燃劑典型的氯系阻燃劑有氯化石蠟（CP）、四氯雙酚A、氯化聚乙烯（CPE）、得克隆等。氯化石蠟（根據(jù)含氯量的不同命名：氯蠟-含氯量）典型阻燃劑——氯蠟-70（含氯量約70%），也是氯系阻燃劑的典型品種，與磷系、溴系阻燃劑和金屬氧化物阻燃協(xié)效劑等具有良好的協(xié)同效應(yīng)。目前氯蠟-70正向低污染、高純度、高熱穩(wěn)定性、高含氯量(72％以上)方向發(fā)展。4.2鹵素阻燃劑我國氯化石蠟阻燃劑產(chǎn)品中，氯化石蠟-52產(chǎn)量最大，其次為氯化石蠟-42，氯化石蠟-70生產(chǎn)最少。氯化石蠟-70是一種性能良好的添加型阻燃劑：抗壓強度較大、阻燃較好，還有潤滑、防滑，增韌、增粘、抗輻射和抗氧化的作用。廣泛用于織物阻燃劑和阻燃增塑劑。4.2.2氯系阻燃劑4.2鹵素阻燃劑Question5:CP-42、CP-52和CP-70區(qū)別？4.2鹵素阻燃劑氯化聚乙烯（CPE）CPE是含有乙烯/氯乙烯/1，2-二氯乙烯的聚合體兩類產(chǎn)品，一類含氯35％～40％，另一類含氯68％，隨分子量、氯含量以及分子結(jié)構(gòu)的不同，可為彈性體至玻璃態(tài)高聚物。CPE具有優(yōu)良的阻燃性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、耐候性，填充容量大，與橡膠及塑料的相容性好。不會降低塑料的物理機械性能，其耐久性良好。可作聚烯烴、ABS樹脂等的阻燃劑。4.2.2氯系阻燃劑4.2鹵素阻燃劑四氯雙酚A反應(yīng)型阻燃劑氯含量38.7％，工業(yè)品熔點高于133℃，溶于甲醇、苯、丙酮，醋酸乙酯、二甲苯，不溶于水。此阻燃劑主要用于阻燃環(huán)氧樹脂，也可用于阻燃聚酯及聚碳酸酯。4.2.2氯系阻燃劑四氯雙酚A環(huán)氧樹脂

由四氯雙酚A與環(huán)氧氯氧烷縮聚而成，呈固態(tài)或粘稠液態(tài)。溶于丙酮、甲基異丁基酮、苯、甲苯等有機溶劑，不溶于水?？捎糜谥苽渥枞脊喾饬?、層壓板、模塑板、膠黏劑、涂料以及環(huán)氧樹脂制品等。4.2鹵素阻燃劑四氯鄰苯二甲酸酐由鄰苯二甲酸酐氯化制得，呈白色針狀結(jié)晶或粉末，相對分子質(zhì)量為285.9，氯含量為49.6%，易溶于苯、丙酮、乙醚等。反應(yīng)型阻燃劑，可用于阻燃環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、聚烯烴、紙張和紡織品等。得克隆白色固體粉末，多氯代阻燃劑?？捎糜谧枞茧娋€電纜、車用塑料、建材、家電硬塑料等。具有持久性和生物累積性，目前已被多國法律法規(guī)限制使用。4.2.2氯系阻燃劑4.2鹵素阻燃劑典型鹵素阻燃劑分子結(jié)構(gòu)雙（六氯環(huán)戊二烯環(huán)辛烯）四氯鄰苯二甲酸酐十溴二苯醚十四溴二苯氧基苯4.2鹵素阻燃劑四溴雙酚A-—雙烯丙基醚聚(2,6-二溴亞苯基醚)

（PBO）溴化聚苯乙烯1,2-雙（四溴鄰苯二甲酰亞胺）乙烷4.2鹵素阻燃劑典型鹵素阻燃劑分子結(jié)構(gòu)溴系阻燃劑存在的問題氣相阻燃，生煙量大HBr及其他腐蝕性氣體相容性差，滲出光解Dioxin持久毒性及生物積累毒性我國無資源優(yōu)勢PFR及P/NFR的優(yōu)點凝固相阻燃，煙少腐蝕性氣體可能比BrFR少高效（1%P<=>10%Br）可水解和生物降解，不致有持久毒性P-N協(xié)效資源優(yōu)勢4.2鹵素阻燃劑已禁PBDPO，OBDPO，DBDPO，PBT，HBCD質(zhì)疑TBBPAWEEE指令：DBDPO+TBBPA+HBC環(huán)保壓力與Rohs禁令A(yù)stoaGmbH,LinzinAustriahasbeenproducingflameretardantPPfibresbasedonhalogenflameretardantsforabouttenyears.Theformationofsmallamountsofultra-toxichalogenateddibenzodioxinesanddibenzofurans.NegativeinteractionwithcertainUV/thermalstabilisers.4.2鹵素阻燃劑

要求用P或P/N代替Br，缺乏在性能、價格、環(huán)保三方面都能接受的無鹵產(chǎn)品，還是沿用Br。Br的用量自2005年后有所減少（20%~30%）、P及P/N有所增加，但Br仍然是主力軍。不過，取代X系是必然趨勢。如果能研發(fā)出新的FR，X系將于2020年或更長一點時間退出阻燃舞臺。近年還會在逐漸減量的情況下使用。鹵素阻燃劑的現(xiàn)狀和未來4.2鹵素阻燃劑日本1986~2008年之間阻燃劑用量（t）BrFR1986199019962000200420062008DBDPO12,00023,00029,00032,30035,00029,00022,500Br總量20,00040,65059,93067,25073,90071,65060,500PFR8,7509,1509,10028,00030,50031,00028,500無機63,50061,40070,00068,50079,00077,00071,5004.2鹵素阻燃劑FR的歷史性轉(zhuǎn)折點×沿用XFR

根據(jù)國際公約，一切對人體及環(huán)境有害的化學(xué)品（揮發(fā)毒性的、持久毒性的、在食物鏈中生物積累毒性的）不能銷售。×不用FR

火災(zāi)頻發(fā)√開發(fā)新FR

機遇和挑戰(zhàn)（P系，P/N系，硅系……）4.2鹵素阻燃劑用于聚合物的磷阻燃劑可以是有機的，也可以是無機的；它們通常和鹵素阻燃劑、含氮阻燃劑一起使用；磷系阻燃劑大都耐水性差，與聚合物相容性不理想，力學(xué)性能差。磷系阻燃劑的阻燃機理①催化成炭作用，固相阻燃機理②阻止自由基反應(yīng)4.3磷系阻燃劑磷系阻燃劑的作用VariousphysicalmodesofactionforAPPandsomeotherphosphorus-basedflameretardants：theformationofpolyphosphoricacidasasurfacecoating.theheatsinkactionofthevaporizingphosphoruscompounds.dilutionofthecombustiblepyrolysatesbyalesscombustiblevapourandreductionofmeltviscositytofavourameltdripmodeofflameextinction.4.3磷系阻燃劑

不產(chǎn)生腐蝕性毒氣、效果持久、價格低。磷系阻燃劑分無機和有機磷阻燃劑。無機磷阻燃劑主要以紅磷、磷酸鹽及磷一氮基化合物為主；有機磷系阻燃劑主要以磷酸酯、亞磷酸酯和膦酸酯為主。紅磷發(fā)煙量小，低毒，應(yīng)用范圍廣，能單獨使用，也可與其他阻燃劑共同使用。為了提高其安全性、穩(wěn)定性、減少色污染、改善其與基體樹脂的相容性，一般要對紅磷進行處理。

微膠囊化處理方法(1)無機包覆法、(2)有機包覆法、(3)無機一有機復(fù)合包覆法。磷系阻燃劑的優(yōu)點和類型4.3磷系阻燃劑Question2:解釋有機磷和無機磷阻燃

劑的區(qū)別？4.3磷系阻燃劑4.3.1無機磷阻燃劑無機磷系阻燃劑主要有紅磷、磷酸鹽以及聚磷酸鹽等。磷酸銨和多聚磷酸銨及其相應(yīng)的膨脹型阻燃劑是目前磷系阻燃劑比較活躍的研究領(lǐng)域，作為非鹵阻燃劑，其前景十分廣闊。但解決其熱穩(wěn)定性、耐水性、噴霜性、加工性等不足仍是未來值得研究的課題。4.3磷系阻燃劑4.3.1無機磷阻燃劑有效阻燃劑，無機聚合物?？捎糜谧枞季巯N、PS、聚酯、尼龍、PC、POM、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯（PET、PBT）、橡膠、紡織品等。而對PC、PET及酚樹脂等含氧高聚物的阻燃尤為有效。作為尼龍部件的阻燃劑在歐洲用的較多。由于紅磷會與空氣中的水份反應(yīng)生成有毒的磷化氫，工業(yè)產(chǎn)品需要做穩(wěn)定化處理和包覆。（1）紅磷4.3磷系阻燃劑4.3.1無機磷阻燃劑（2）微膠囊化紅磷微膠囊化紅磷也稱為包覆紅磷，是一種商品化的紅磷阻燃劑，通過紅磷表面包覆一層或幾層保護膜制備而成。一方面可以防止紅磷顆粒與氧及水接觸而產(chǎn)生磷化氫，另一方面可以避免紅磷由于沖擊和熱而引燃。微膠囊化是用以穩(wěn)定紅磷的一種新技術(shù)，通常認(rèn)為是一種相當(dāng)安全的阻燃劑。4.3磷系阻燃劑Question3:為什么要對紅磷進行包敷處理？4.3磷系阻燃劑芳香族磷酸酯磷酸三苯酯(TPP)4.3.2

有機磷阻燃劑（1）磷酸酯分為直鏈脂肪族或芳香族磷酸酯、環(huán)狀磷酸酯和縮合型磷酸酯。磷酸酯具有阻燃和增塑雙重功效，鹵代磷酸酯阻燃功能較高，而非含鹵磷酸酯的增塑作用更明顯。4.3磷系阻燃劑環(huán)狀磷酸酯二硫代環(huán)狀磷酸酯縮合型磷酸酯間苯二酚雙(二苯基磷酸酯)（RDP）和雙酚A雙(磷酸二苯酯)（BDP）（2）膦酸及膦酸酯甲基膦酸二甲酯（DMMP）——低粘度無色或淡黃色透明液體，磷含量高達25％，能與水及多種有機溶劑互溶，阻燃效率高。（3）膦氧化合物水解穩(wěn)定性優(yōu)于磷酸酯膦氧化合物的二元醇、羧酸可用于共聚法制備阻燃聚酯、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂以及聚氨酯等。分為添加型及反應(yīng)型兩類。4.3.2

有機磷阻燃劑4.3磷系阻燃劑添加型復(fù)合磷系阻燃劑磷系阻燃劑+雙氰胺、三聚氰胺

=構(gòu)成P-N復(fù)合阻燃劑，通過氣相和凝聚相的阻燃機理，阻燃效率高。優(yōu)點：本身毒性低，燃燒產(chǎn)生氣體毒性也低，發(fā)煙少，燃燒過程釋放的氣體腐蝕性低。分解溫度高，摻有阻燃劑的塑料可多次高溫成型而阻燃劑不會分解，因此可再生使用。磷系阻燃劑反應(yīng)型復(fù)合磷系阻燃劑主要是氯代磷酸酯、溴代磷酸酯、氮—磷、硫—磷、氮—磷—溴、氮—磷—氯化合物。由于同一阻燃劑分子中含有多種阻燃元素，阻燃元素的協(xié)同效應(yīng)使聚合物材料的阻燃效果提高。4.3磷系阻燃劑4.3.2

有機磷阻燃劑有機磷系阻燃劑的阻燃機理4.3磷系阻燃劑4.3.3

膨脹阻燃劑碳源(carbonsource)酸源(acidsource)氣源(gassource)燃燒過程中，各組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成多孔的膨脹炭層C碳源（成碳劑）含碳豐富的多官能團（如—OH）成碳劑，如季戊四醇（PER），淀粉等。P酸源（脫水劑）加熱條件下釋放無機酸的化合物。脫水劑。無機酸要求沸點高。如APP為常用的脫水劑。N氣源（膨脹劑）受熱放出惰性氣體的化合物。一般是銨類和酰胺類物質(zhì)，如尿素、三聚氰胺等。IntumescentFlameRetardant(IFR)4.3磷系阻燃劑4.3磷系阻燃劑名稱分子式相對分子質(zhì)量碳含量/%羥基含量/%反應(yīng)指數(shù)/（g/100g）蔗糖C6H6(OH)618040562.3山梨醇C6H10(OH)618440553.08淀粉(C6H10O5)n1624452.42.1季戊四醇C(CH2OH)41364450--二季戊四醇C10H16(OH)61275042.82.5部分碳源的分子式及其物理性質(zhì)名稱分子式相對分子質(zhì)量磷含量/（%）分解溫度/（℃）溶解度/（g/100g水）磷酸氫二銨（NH4)2HPO413223.58740.8磷酸尿素CO(NH2)2·H3PO415619.613052.0磷酸二氫銨(NH4)H2PO411526.915027.2磷酸胍尿素C2H6N4O·H3PO420015.5191--聚磷酸銨(NH4)n+2PnO3n+197322121.5磷酸三聚氰胺C3H6N6·H3PO4224--300--焦磷酸三聚氰胺(C3H6N6)·H4P2O7430------部分酸源的分子式及其物理化學(xué)性質(zhì)蔗糖軍事應(yīng)用4.3.3

膨脹阻燃劑氣源碳源不燃性氣體酸發(fā)泡催化催化炭膨脹炭層酸源膨脹型炭層形成歷程膨脹炭層形成過程中各步反應(yīng)幾乎同時發(fā)生，但又須按嚴(yán)格的順序進行。如果其中任何一個反應(yīng)不能適時進行，就不能發(fā)泡。（即首先酸源分解產(chǎn)生酸，其次須與多元醇反應(yīng)，含氮化合物加速此反應(yīng)。接著生成的酯必須開始脫水成炭，并同時放出氣體）。IFR阻燃效果的好壞，與阻燃過程中形成的炭層結(jié)構(gòu)直接有關(guān)。而炭層結(jié)構(gòu)、膨脹隔熱效果則取決于IFR體系的組成、各組份配比以及IFR和聚合物的匹配。4.3磷系阻燃劑Question4:膨脹阻燃劑的阻燃作用主要表現(xiàn)

在哪些方面？4.3磷系阻燃劑IFR形成的蓬松發(fā)孔封閉結(jié)構(gòu)的炭層。該炭層為無定形炭結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)是碳的微晶，一旦形成，其本身不燃。阻止熱傳導(dǎo)，降低聚合物的熱解溫度阻止氣體擴散隔氧具有氣相阻燃作用，P-N-C體系受熱能產(chǎn)生NO及NH3，而它們能沖淡燃料濃度起到稀釋作用存在自由基與泡沫體的微粒碰撞產(chǎn)生穩(wěn)定的分子而中斷鏈反應(yīng)

4.3磷系阻燃劑4.3.3

膨脹阻燃劑化合物型共同存在于同一分子內(nèi)

主要用于阻燃聚烯烴混合型

ContentTitle三組分組成Spinflam

，Exolit三源一體阻燃劑APP-PER-MEL體系4.3磷系阻燃劑IFR并非適用所有的聚合物，只有與聚合物相匹配才能達到較好的阻燃效果熱穩(wěn)定性好不對膨脹發(fā)泡過程產(chǎn)生不良影響能均勻分散在聚合物中有良好的相容性不能損害聚合物材料的物性適用條件4.3磷系阻燃劑膨脹阻燃劑的協(xié)效體系4.3磷系阻燃劑膨脹阻燃體系存在添加量大、阻燃效率較低、熱穩(wěn)定性差、向基材表面遷移以及水溶性較高等問題，與其它物質(zhì)的阻燃協(xié)效作用是降低添加量的主要方式。蒙脫土、水滑石、海泡石等納米材料能改善膨脹炭層的物理及化學(xué)性能，用量只需0.1%~1.0%，即能發(fā)揮穩(wěn)定炭層及改善炭層流變性的效果。金屬氧化物用作膨脹阻燃體系的協(xié)效劑能通過促進膨脹阻燃體系的脫水和氧化作用促進交聯(lián)反應(yīng)，從而提高阻燃性能。分子篩是最典型的協(xié)效劑，它能改變炭層中炭的組織，延緩炭的重組過程。還能使炭層中保有較多的多脂肪族聯(lián)橋，且形成的有機鋁硅磷酸酯復(fù)合物能穩(wěn)定炭層，減少P?O?C鍵的斷裂。IFR存在的問題和可能的解決方法（難點）問題解決吸潮嚴(yán)重影響性能影響性能微膠囊化，炭源改性

添加量大添加協(xié)效劑

影響性能阻燃劑分散影響性能熱穩(wěn)定性差三組份一體，酸源改性

三組份一體，添加乙烯醋酸乙烯酯相容劑采用原位增容反應(yīng)兩種方法

4.3磷系阻燃劑DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2015.01.009三源一體膨脹阻燃劑制備及應(yīng)用4.3磷系阻燃劑DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2015.01.0094.3磷系阻燃劑APP-PER-MEL體系阻燃機理4.3磷系阻燃劑4.3.3膨脹阻燃劑三聚氰胺磷酸鹽4.3磷系阻燃劑含氮阻燃劑主要以分解形成氨等不燃性氣體，稀釋和沖淡可燃性氣體或覆蓋于材料表面的作用而阻燃。優(yōu)點：無色、無鹵、低毒、低煙，不產(chǎn)生腐蝕性氣體。缺點：單獨使用阻燃效率一般不太高，須較大用量。常導(dǎo)致聚合物加工性能及力學(xué)性能方面的問題。一般常用于與其它阻燃體系（如含磷或含鹵素）結(jié)合使用，效果較好。事實上其它類型的阻燃劑中有些已包括一些含氮的阻燃劑，如聚磷酸胺、以及一些磷氮、鹵氮阻燃化合物。4.4氮系阻燃劑①由于含氮阻燃劑能在適宜的分解溫度下迅速釋放氨等氣體，有很好的發(fā)泡功能，當(dāng)與一些能促進炭化的含磷阻燃劑并用時，可以形成膨脹的炭層，起到良好的隔熱阻燃作用。所以廣泛應(yīng)用于膨脹阻燃體系中的發(fā)泡劑。②含氮阻燃劑也可能能在燃燒的氣相或聚合物的固相發(fā)生一定程度的化學(xué)反應(yīng)，盡管目前對其機理和過程還不太清楚。4.4氮系阻燃劑含氮量66%，結(jié)晶固體，熔點207~209℃。微溶于冷水，溶于熱水。用于制備防火涂料、阻燃膠黏劑、阻燃木材以及作為PA阻燃劑。制備三聚氰胺和胍鹽的基本原料。4.4氮系阻燃劑常用的氮系阻燃劑有雙氰胺、聯(lián)二脲、三聚氰胺及其鹽、胍鹽。雙氰胺胍又稱亞氨基脲，是一種有機強堿，其與許多無機酸或有機酸生成的鹽是阻燃劑。常用的胍鹽阻燃劑有磷酸胍、碳酸胍、氨基磺酸胍等。胍鹽含氮量為66.7%，熔點354℃，在250~450℃間分解。結(jié)構(gòu)上的某些相似性，一般對聚氨酯類聚合物有較好的阻燃效果。用于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、低密度聚乙烯、聚丙烯等其它聚合物的阻燃時，大多作為膨脹阻燃體系的發(fā)泡劑。三聚氰胺磷酸鹽類阻燃劑的分子中同時含有磷和氮兩種阻燃元素，在材料燃燒時可以發(fā)揮協(xié)同作用，具有很好的阻燃效果。4.4氮系阻燃劑三聚氰胺及其鹽4.5硅系阻燃劑含硅阻燃劑主要是通過在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其添加到聚合物中后可以促進燃燒成炭，提高炭層質(zhì)量，起到隔熱、隔氧，抑制可燃性氣體溢出的作用。優(yōu)點：阻燃性能、環(huán)境友好、被阻燃材料具有良好的加工性能和力學(xué)性能（尤其是低溫沖擊強度）類別：無機：主要有二氧化硅、硅酸鹽、硅膠等。有機：主要是聚硅氧烷，包括硅油、硅樹脂、倍半硅氧烷及多種硅氧烷共聚物。與聚合物基材的相容性很差，簡單的物理共混會降低基材的力學(xué)性能和加工性能。通過氣相法和溶膠凝膠法等超細(xì)化工藝可賦予SiO2顯著的納米效應(yīng)。納米SiO2具有三維網(wǎng)狀微結(jié)構(gòu)，均勻分散的SiO2與聚合物基體之間具有極大的接觸表面積，能提高基體的熱穩(wěn)定性。納米SiO2很少單獨用作阻燃劑，通常作為阻燃協(xié)效劑使用，添加了一定量的納米SiO2后可以提高基體的韌性和強度，有效增強涂層的成炭、阻燃和抑煙性能。4.5硅系阻燃劑二氧化硅籠形低聚倍半硅氧烷（POSS）具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和良好的耐熱性，添加到聚合物基體中時能夠有效改善熔體黏度和提高基體的力學(xué)性能，還可通過減少燃燒過程的熱釋放速率。阻燃機理：POSS阻燃材料燃燒時，POSS逐漸遷移到聚合物表面形成一種類陶瓷層，該陶瓷層可以隔離外界氧氣和熱量擴散到受熱聚合物，從而有效地保護下層聚合物基體。4.5硅系阻燃劑層狀硅酸鹽屬于黏土礦物，是由若干硅氧四面體和鋁氧八面體按照不同規(guī)律連接起來的結(jié)構(gòu)層堆垛而成。在制備聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料（PLSN）的過程中，經(jīng)常使用插層劑擴張層狀硅酸鹽的片層間距、改善層間的微環(huán)境。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)類型分類：

2:1型層狀結(jié)構(gòu)如蒙脫土族（蒙脫土、累托石）、海泡石族（海泡石、凹凸棒土）、云母石族（伊利石）等；1:1型層狀結(jié)構(gòu)如高嶺土族（高嶺土、埃洛石）和蛇紋石族（蛇紋石）等。4.5硅系阻燃劑層狀硅酸鹽層狀硅酸鹽對于聚合物的阻燃作用發(fā)生在凝聚相，分為物理作用和化學(xué)作用兩個方面。物理作用：有一定長徑比的片狀硅酸鹽可以在聚合物受熱燃燒過程中形成類氧化硅組分并向材料表面聚集，形成一個有利于抑制傳熱和傳質(zhì)的屏障，也有助于減少聚合物燃燒過程中的熔滴。

化學(xué)作用：層狀硅酸鹽本身及有機化處理過程中所使用的改性劑可以促進聚合物的降解

成炭從而發(fā)揮凝聚相阻燃作用。4.5硅系阻燃劑Silicone-containingflameretardants,“environmentallyfriendly”additives,areductionintheharmfulimpactonenvironment;Althoughsiliconeshavebeenusedpreviouslyasflameretardants,fewhavebeenreportedtobeeffectiveenought