高分子材料常用阻燃剂

高分子材料因具有质轻、强度高、加工性能好等优点，在各个领域得到了广泛应用。然而，大多数高分子材料属于易燃或可燃材料，这给其应用带来了一定的安全隐患。为了提高高分子材料的阻燃性能，阻燃剂应运而生。阻燃剂是一类能够阻止或延缓高分子材料燃烧的添加剂，通过不同的作用机理发挥阻燃效果。以下为您详细介绍高分子材料常用的阻燃剂。

卤系阻燃剂

卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一，主要包括溴系和氯系阻燃剂。其阻燃机理主要是在燃烧过程中，卤系阻燃剂分解产生卤化氢（HX），卤化氢能够捕捉燃烧反应中的自由基，从而中断燃烧的链式反应，达到阻燃的目的。

溴系阻燃剂：具有阻燃效率高、添加量少、对材料性能影响小等优点。常见的产品有十溴二苯醚、四溴双酚 A 等。例如，在聚苯乙烯中添加适量的十溴二苯醚，可显著提高其阻燃性能。但溴系阻燃剂在燃烧时会产生有毒的溴化氢气体，且某些产品可能具有生物累积性和持久性有机污染物的特性，其使用受到一定限制。
氯系阻燃剂：价格相对较低，如氯化石蜡。不过，其阻燃效率一般低于溴系阻燃剂，且燃烧时也会产生有害气体。在一些对阻燃性能要求不高且成本敏感的领域，如某些塑料制品中仍有应用。

磷系阻燃剂

磷系阻燃剂也是重要的阻燃剂类别，包括有机磷系和无机磷系阻燃剂。其阻燃作用机理较为复杂，主要通过在凝聚相形成具有隔热、隔氧作用的炭质层，以及在气相中捕捉自由基等方式来阻燃。

有机磷系阻燃剂：如磷酸酯类、膦酸酯类等。它们具有良好的阻燃性能和相容性，可用于多种高分子材料。例如，磷酸三甲苯酯可用于聚氯乙烯、聚氨酯等材料的阻燃。有机磷系阻燃剂的热稳定性相对较好，但部分产品可能存在挥发性和水解稳定性问题。
无机磷系阻燃剂：以红磷为代表。红磷的阻燃效率高，且产生的烟量低。不过，红磷易吸湿、氧化，且与高分子材料的相容性较差，通常需要经过微胶囊化等处理后才能更好地应用。微胶囊化红磷在工程塑料等领域有一定应用。

氮系阻燃剂

氮系阻燃剂通常为三聚氰胺及其衍生物等。其阻燃机理主要是在受热时分解产生氮气、氨气等不可燃气体，稀释了燃烧区域的氧气浓度，同时生成的含氮化合物还能促进高分子材料的成炭，从而发挥阻燃作用。氮系阻燃剂一般具有低毒、低烟的特点，环境友好。例如三聚氰胺氰尿酸盐，可用于聚酰胺等高分子材料的阻燃。但其阻燃效率相对较低，常与其他阻燃剂复配使用。

金属氢氧化物阻燃剂

常见的金属氢氧化物阻燃剂有氢氧化铝和氢氧化镁。它们的阻燃机理主要是在受热时分解吸热，降低材料表面温度，同时释放出的结晶水还能起到冷却和稀释可燃气体的作用，分解产生的金属氧化物在材料表面形成隔离层，阻止燃烧的进一步进行。

氢氧化铝：具有价格低廉、无毒、无烟等优点，广泛应用于不饱和聚酯、环氧树脂、聚氯乙烯等高分子材料中。但氢氧化铝的分解温度相对较低（约 200℃），在一些高温应用场景中受到限制。
氢氧化镁：分解温度较高（约 340℃），热稳定性好，更适用于高温加工的高分子材料。其在聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃材料中应用较多。不过，金属氢氧化物阻燃剂通常需要较高的添加量，这可能会对高分子材料的力学性能产生一定影响。

膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，一般由酸源、炭源和气源三部分组成。在受热时，酸源分解产生酸，促使炭源脱水碳化，气源分解产生大量气体，使生成的炭质层膨胀，形成具有良好隔热、隔氧性能的膨胀炭层，从而阻止燃烧的蔓延。膨胀型阻燃剂具有阻燃效率高、无卤、低烟、低毒等优点，对高分子材料的力学性能影响相对较小。常见的膨胀型阻燃剂体系如聚磷酸铵 - 季戊四醇 - 三聚氰胺体系，在聚丙烯、环氧树脂等材料中应用广泛。

纳米阻燃剂

随着纳米技术的发展，纳米阻燃剂逐渐受到关注。纳米阻燃剂是指尺寸在纳米量级的阻燃剂，如纳米氢氧化镁、纳米蒙脱土、碳纳米管等。它们具有比表面积大、表面活性高的特点，能够在高分子材料中均匀分散，与基体材料形成良好的界面相互作用。纳米阻燃剂不仅能够提高高分子材料的阻燃性能，还能在一定程度上改善材料的力学性能、热性能等。例如，将碳纳米管添加到聚碳酸酯中，可显著提高材料的阻燃性能和拉伸强度。但纳米阻燃剂的制备成本较高，且在大规模应用中还存在分散稳定性等问题需要进一步解决。

不同类型的阻燃剂具有各自的特点和适用范围，在实际应用中，需要根据高分子材料的种类、使用环境、性能要求以及成本等因素综合考虑，选择合适的阻燃剂或阻燃剂体系，以达到最佳的阻燃效果和综合性能。同时，随着环保要求的日益提高，开发高效、低毒、环境友好的新型阻燃剂将是未来阻燃剂领域的重要发展方向。