張燕麗

【摘 要】在簡要介紹阻燃劑阻燃機理的基礎上，分別從民用、軍用領域分析了各種阻燃劑的應用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點，指出了阻燃劑未來發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】阻燃劑;微膠囊化;發(fā)展趨勢

中圖分類號： TQ320.4文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）30-0231-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.118

隨著城市工業(yè)的不斷發(fā)展，塑料、橡膠、纖維等高分子材料大量應用，由之引發(fā)的火災日趨頻繁，加之這些高分子聚合物燃燒時常伴有火焰、濃煙、毒氣等，給人們生活和社會環(huán)境帶來嚴重危害。因此，積極推廣應用和發(fā)展阻燃材料，對于提高防火安全性具有重要意義。

1 阻燃機理

火災通常是由可燃物燃燒引發(fā)，而燃燒必備三個條件：可燃物、助燃物和點火源。阻燃材料大都是通過添加阻燃劑來達到阻燃效果的。阻燃劑就是在可燃物燃燒過程中能阻止或抑制其物理或化學變化的速度，使燃燒減慢、終止或難以燃燒的一種物質(zhì)[1]。針對燃燒的三個必備條件，阻燃的途徑可分為以下幾種：

1.1 在固相中發(fā)揮作用

阻燃劑使可燃物的表面進行炭化，從而達到阻止燃燒的效果。這種阻燃劑主要是磷類阻燃劑（包括有機磷和無機磷類）。

1.2 在液相中發(fā)揮作用

阻燃劑在燃燒過程中形成不揮發(fā)隔膜覆蓋在燃燒物品表面，達到隔絕空氣阻燃效果的目的。這種阻燃劑主要有硼酸鹽、鹵化物、氧化銻和磷類材料，或者這幾種材料間的相互反應生成的物質(zhì)。

1.3 在氣相中發(fā)揮作用

在燃燒過程中產(chǎn)生的氫氧自由基連鎖反應是導致燃燒的根源之一，阻燃劑的分解產(chǎn)物將產(chǎn)生的氫氧自由基切斷從而達到阻燃的目的。主要是鹵化物和氧化銻。

1.4 燃燒物的分解和可燃物質(zhì)的稀釋

這種阻燃機理主要是因在燃燒過程中燃燒物的分解吸收大量的熱、同時在燃燒過程中所產(chǎn)生的不燃物質(zhì)使可燃性氣體變稀薄，導致燃燒條件不充分而達到阻燃的目的。

多數(shù)阻燃劑是通過若干途徑共同作用達到阻燃目的。

2 阻燃劑的應用

隨著防火需求的增加，阻燃劑在民用、軍用領域都得到了廣泛應用。

2.1 在民用領域的應用

2.1.1 鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑目前在國內(nèi)外的應用主要可分為氯系阻燃劑及溴系阻燃劑。氯化石是氯系阻燃劑的主要成分。我國阻燃劑產(chǎn)品中有83%左右是氯系阻燃劑，主要種類有52型氯化石蠟和40型氯化石蠟兩種。其的發(fā)展方向是70型氯化石蠟，無論是在環(huán)保還是可制備性、高阻燃性方面都比較好?，F(xiàn)階段我國的70型氯化石蠟生產(chǎn)量只占氯系阻燃劑生產(chǎn)量的30%左右，較小的生產(chǎn)規(guī)模并且分散不均勻，制備時容易產(chǎn)生污染，因此其質(zhì)量與合成材料應用的要求還存在較大的差距[2]。

氯化聚乙烯常作為阻燃劑主要應用于塑料工業(yè)，其含氯量為30%～40%，但由于其熱穩(wěn)定性較差，沒有得到廣泛的應用。與國內(nèi)相比，全氯環(huán)戊癸烷和反應型氯系阻燃劑氯菌酸已經(jīng)在國外得到應用，效果比較好。

多溴二苯醚是溴系阻燃劑的主要產(chǎn)品，在燃燒過程中由于物品燃燒后熱分解會產(chǎn)生有劇毒的溴化二苯并二英和溴化二苯并呋喃，不利于救援。為此，各國針對多溴二苯醚阻燃劑的安全性問題進行了充分的討論，力圖加快阻燃劑的無鹵化過程。但由于其具有優(yōu)良的性能且價格適中，尋找溴系阻燃劑代用品比較困難，故迄今為止尚無任何國家明文禁用。國外多家權威性機構發(fā)布報告認為，多溴二苯醚安全性值得信賴。在國際化學品安全計劃委員會的聲明中，溴系阻燃劑對人類與環(huán)境危害比較有限，只要加強對其的有效管控就可以，沒有必要禁止使用。綜上所述，在溴系阻燃劑還沒有找到合適替代品的前提下，溴系阻燃劑在世界范圍內(nèi)，尤其是發(fā)展中國家不僅會使用相當長時間，而且還將保持相當?shù)脑鲩L速度。目前在東南亞、日本、美國多溴二苯醚的需求量仍高居首位[3]。已經(jīng)廣泛使用的有四溴雙酚A、溴化聚苯乙烯、聚丙烯五溴芐酯、1，2-雙（五溴苯基）乙烷、四溴雙酚A碳酸酯低聚物、溴代環(huán)氧樹脂、聚二溴苯醚、六溴環(huán)十二烷、三溴苯基烯丙基醚、聚二溴苯乙烯、八溴醚、TBC、HBCD等。

2.1.2 非鹵系阻燃劑

無機阻燃劑和膨脹型阻燃劑是非鹵系阻燃劑研究的主要領域，包括氫氧化物、紅磷、硼酸鋅、氧化銻和膨脹型阻燃劑等[4]。

氫氧化鋁和氫氧化鎂由于不含鹵素、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)、燃燒過程不揮發(fā)等許多顯著特性而成為使用量最大的兩種無機阻燃劑，特別是氫氧化鎂，因其同時還具有良好的抑煙、消煙性能，從而在阻燃以及協(xié)同阻燃等諸多方面很受重視。

在阻燃劑當中，紅磷具有高效的阻燃性能，但由于它在摩擦碰撞時易燃，為了能夠利用其阻燃性能，紅磷包覆技術是解決其摩擦易燃特性的很好方法，現(xiàn)階段主要采用的包裹技術是高碳聚物或金屬氫氧化物。在我國，由于紅磷作為阻燃劑未廣泛使用，故國內(nèi)研制開發(fā)較少。

硼酸鋅和水合硼酸鹽都是低熔點化合物，在燃燒中能夠形成玻璃狀涂層覆蓋于聚合物之上而組織燃燒。硼酸鋅一般與其他阻燃劑放在一起進行復配使用可以得到優(yōu)異的阻燃和抑煙效果。

三氧化二銻作為無機阻燃劑的一種，在我國的應用時間比較早，而且它也可以和其他鹵素阻燃劑作為協(xié)同達到較好的阻燃效果，因此在阻燃材料中有著廣泛的應用。但由于三氧化二銻在燃燒的過程中會產(chǎn)生有毒的物質(zhì)，所以近年來國內(nèi)外都在尋找替代品，其應用在不久的將來也會降低。因此，阻燃技術近年來正向非銻化方向發(fā)展。目前，能部分或全部取代三氧化二銻的助阻燃劑主要有鋅鹽類、鋯化合物和鉬化合物。無機阻燃劑超細化、表面處理技術已成為當今阻燃技術開發(fā)的一個熱點，我國已經(jīng)對此進行了開發(fā)。

膨脹型阻燃劑是一種以氮、磷為主要組成的新型復合阻燃劑，因為該類阻燃劑在受熱時發(fā)泡膨脹，故稱為膨脹型阻燃劑，作為一種高效的低毒環(huán)保型阻燃劑，它不含鹵素，也不采用協(xié)效劑。從21世紀初開始，膨脹型阻燃劑已經(jīng)進行了研究應用，并被公認為是實現(xiàn)阻燃劑無鹵化的有效途徑之一，特別是在紡織品的阻燃整理中也極具潛力[4]。目前，膨脹型阻燃劑由于與聚合物相容性差，引起被阻燃基質(zhì)的物理力學性能、電性能降低等因素在一定程度上限制了其應用范圍。

2.2 在軍用領域中的應用

在軍用領域，阻燃劑主要用于以下幾個方面：

2.2.1 阻燃涂料

在機關樓房、機密設施、武器設備、航天航空、防護設施等表面利用納米復和技術和膨脹技術能夠有效增強阻燃性能。例如在建筑裝修過程中在鋼材上使用的防火阻燃涂料，鋼結構防火涂料噴在鋼材表面，起到防火隔熱的作用，防止鋼材在火災中升溫變形引起強度變低，造成更大的危害?，F(xiàn)階段我國在外形鋼結構防火涂料方面正在向圖層薄化、施工比較方便、具有較好的耐火性能、裝飾性也比較強，同時還向無毒無害且具有較強的耐腐蝕性的方向發(fā)展。同時在建筑領域木材的應用也比較廣泛，木材阻燃產(chǎn)品在我國的發(fā)展前景廣闊，通過采用聚磷酸銨阻燃劑或者氨基樹脂固定阻燃劑來進行阻燃是目前我國在木材上應用的主要方法。而且通過復配的阻燃技術阻燃效果突出，研究的較多[5]。

2.2.2 人員裝備防護

比如阻燃迷彩服、阻燃防彈防護服、阻燃手套、裝包、阻燃毛毯、阻燃線纜及航空服等[6]，這些裝備能有效地抵御各種火情對人員和設備的傷害，保障官兵在執(zhí)行任務時的安全。在防護服這一領域，目前我國應用較為廣泛的是芳綸混紡阻燃服，且現(xiàn)階段我國已有企業(yè)研發(fā)了以纖維素阻燃纖維為基材，以對位芳綸為骨架混紡而成的芳綸混紡阻燃面料，同時也兼顧了衣料的舒適性、阻燃性和熱收縮性[6]。

3 阻燃劑的發(fā)展趨勢

阻燃劑的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）非鹵化、抑煙化和無毒氣體化趨勢。非鹵化阻燃劑由于在燃燒過程中不會產(chǎn)生有毒或腐蝕性的氣體而且產(chǎn)生的煙霧也比較少，因此比鹵系阻燃劑具有更好的環(huán)保性肯定會成為阻燃劑開發(fā)應用的主要趨勢[7]。現(xiàn)階段各國已經(jīng)在這方面投入較大，其發(fā)展前景比較廣闊。

（2）表面化處理?，F(xiàn)在市場上研制的阻燃劑因與聚合物的相容性不好而損壞其機械性能。然而通過用表面處理劑可以改變這一缺點，通過表面處理劑不僅能夠減小阻燃劑的加入對材料機械性能的影響，而且還能保持材料的加工性能。

（3）微膠囊化技術的運用。通過采用微膠囊化技術[8]能夠改變一些阻燃劑的機械性能，尤其是對于那些具有較大的阻燃劑顆粒，通過對阻燃劑的微膠囊化和納米化不僅可以增大阻燃劑和阻燃材料的相容性而且還可以降低阻燃劑的用量，提高阻燃材料的經(jīng)濟性。

（4）協(xié)同效應。將幾種不同的阻燃劑進行復配，混合使用，不但可以提高阻燃效果，還可使材料的物理機械性能的損壞減小到最小。協(xié)同體系阻燃效果好、成本低，既可阻燃又可抑煙，還具有氣體一些特殊功能，前景十分廣闊，正不斷開發(fā)出新的品種。

（5）提高阻燃劑的熱穩(wěn)定性。由于阻燃材料在燃燒過程中要經(jīng)受較高的溫度，因此阻燃劑的熱穩(wěn)定性能也是考驗阻燃劑阻燃性能的重要方面，因此合成具有熱穩(wěn)定性能高的阻燃劑是提高阻燃材料的阻燃性能的關鍵，也會是阻燃劑的一個發(fā)展方向。

【參考文獻】

[1]劉米達.新型阻燃劑的合成及其性能研究見[J].天津大學工程碩士學位論文，2006，12-1.

[2]吳國華.淺析阻燃劑的應用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].工業(yè)技術，2013，12：82.

[3]梁誠.我國阻燃劑生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].化工新型材料，2001，8：6-7.

[4]王洋.有機磷系阻燃劑的合成與應用研究[D].大連理工大學碩士論文，2007.

[5]宋軍.阻燃劑在建筑材料中的應用進展[J].廣東化工，2007，7（11）：76-77.

[6]張燕梅，房戈，趙阿卿等.阻燃服面料三大特性[J].勞動防護，2015，（12）：100-102.

[7]馮建新，劉敏江，劉道文.膨脹型阻燃劑及膨脹阻燃聚丙烯性能的研究[J].熱固性樹脂，1999（4）：37-40.

[8]范維澄，瞿保鈞，沈效峰，等.微膠囊化紅磷增效氫氧化鎂阻燃聚乙烯的燃燒特性[J].火災科學，2001，10（2）：72-75.