田 強(qiáng) ，王桂珍

（山東省聊城市建設(shè)工程質(zhì)量服務(wù)中心，山東聊城252000）

基于分子結(jié)構(gòu)靈活［1］、力學(xué)性能良好［2］、耐濕熱與耐腐蝕性能優(yōu)異［3］等優(yōu)點(diǎn)，工程塑料、纖維、橡膠等高分子材料在給水管（聚丙烯或聚乙烯材質(zhì)管道）、排水管（聚氯乙烯或聚丙烯材質(zhì)管道）、電線與電纜絕緣層（聚烯烴、聚酰胺等）、墻體保溫材料（聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛樹脂泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料）等建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，它們的分子鏈中通常含有碳、氫等易燃元素，在國家高度重視安全問題的背景下，人們對含有易燃元素的高分子材料綜合性能提出更高要求，希望其能夠以對原有功能的保持為前提具備良好的阻燃性能，有效降低火災(zāi)發(fā)生率，保證使用安全。

阻燃是采取將熱量傳遞過程延緩，對熱量的釋放進(jìn)行抑制，或者將易燃?xì)怏w同燃燒物之間的接觸隔絕等方式達(dá)到阻礙燃燒行為發(fā)生或繼續(xù)目的的一種技術(shù)［4］。就高分子材料而言，其燃燒過程十分復(fù)雜，一般受到高溫的影響，高分子材料表層的分子熱運(yùn)動會加劇，若溫度達(dá)到某一臨界值，分子鏈會斷裂并降解為小分子，此時會有可燃性氣體持續(xù)產(chǎn)生，加劇燃燒行為的延續(xù)［5］。自問世以來，阻燃高分子材料便得到廣泛的關(guān)注，人們十分希望此類材料將降低火災(zāi)發(fā)生率、保護(hù)安全等方面的重要作用充分地發(fā)揮出來。

近年來，科學(xué)研究與工業(yè)生產(chǎn)中開發(fā)的阻燃高分子材料主要有本質(zhì)型與添加型2 種類型，文章闡述該類材料在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用，并對本質(zhì)型與添加型阻燃高分子材料的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 阻燃高分子材料在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用

社會發(fā)展中，建筑行業(yè)所處地位很高，行業(yè)所用材料的阻燃性是居民生命安全的保障，進(jìn)行有優(yōu)異阻燃性能的高分子材料的制備，將其應(yīng)用到建筑工程材料、室內(nèi)裝修裝飾材料等領(lǐng)域，以安全的保證為前提節(jié)約成本，是建筑行業(yè)施工的重要目標(biāo)之一。用于建筑工程領(lǐng)域的高分子材料有通用塑料、工程塑料、熱固性塑料等多種類型，其中，通用塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等，工程塑料包括酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚氨酯等，熱固性塑料則包括環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯等，這些材料在墻體、天花板、地板、電纜等制品的制造中應(yīng)用的比較多［6］，但它們的阻燃防火性能比較差，難以滿足實(shí)際應(yīng)用要求，故需改進(jìn)性能，進(jìn)行有優(yōu)異綜合性能的阻燃高分子材料的制備。

近年來，在建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用的阻燃高分子材料越來越多。王娜等［7］用卡拉膠將聚磷酸銨包覆起來，將其用作阻燃劑添加至水性環(huán)氧樹脂中，進(jìn)行阻燃級別可達(dá)V-0 級的阻燃防火涂層的制備，試驗(yàn)結(jié)果顯示此材料在建筑阻燃涂層中具有比較突出的發(fā)展與應(yīng)用潛力。侯培鑫等［8］將石墨烯、含磷阻燃劑DOPO、硅烷偶聯(lián)劑一起讓它們進(jìn)行反應(yīng)，以此制備得到一種復(fù)合型阻燃添加劑，并用于對環(huán)氧樹脂的改性，結(jié)果表明，含磷阻燃劑DOPO 可以在很大程度上優(yōu)化樹脂材料的熱穩(wěn)定性與阻燃性，硅烷偶聯(lián)劑的主要作用則在于改進(jìn)高分子材料的力學(xué)性能。此外，在被應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域時，石墨烯、含磷阻燃劑DOPO、硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)所得的復(fù)合阻燃添加劑只需添加很少的劑量便能使樹脂材料達(dá)到建筑材料阻燃要求，這能夠在較大程度上減少建筑材料成本。

2 本質(zhì)型阻燃高分子材料研究進(jìn)展

本質(zhì)型阻燃高分子材料是在不外添加阻燃劑的條件下本身就具有阻燃性，且可達(dá)到一定阻燃級別的一類高分子材料，包括基于自身特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)而具備耐高溫、耐氧化、不易燃、可持久阻燃等特征的聚合物，亦包括那些通過在高分子主鏈上共聚、接枝、鹵化而將阻燃元素與基團(tuán)引入，使易燃、可燃高分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂斜举|(zhì)阻燃性能的高分子。從長遠(yuǎn)層面來看，本質(zhì)型阻燃高分子代表著阻燃高分子材料的發(fā)展方向，它們在今后的某一階段可能會將部分受到阻燃劑處理的阻燃高分子材料替代。

在進(jìn)行本質(zhì)型阻燃高分子材料的制備時，一般會先采用分子設(shè)計方法制備含磷、硅、氮等原子的聚合單體，之后經(jīng)聚合在聚合物主鏈中引入磷、硅、氮等元素。其中，含磷阻燃劑DOPO 是一種較多應(yīng)用于合成含磷元素單體的化合物。郭軍紅等［9］用順丁烯二酸酐與DOPO 混合制備含磷單體，并讓此單體同二元酸及二元醇反應(yīng)得到含磷聚酯二元醇，在同甲苯二異氰酸酯縮合后，完成了含磷本質(zhì)型阻燃水性聚氨酯的制備。而通過將原料的投料比例改變，聚氨酯主鏈中磷元素的含量會發(fā)生變化，郭軍紅等通過試驗(yàn)證明，在磷元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)2.5%時，本質(zhì)型阻燃水性聚氨酯的極限氧指數(shù)為34.0%，其性質(zhì)為難燃的。

含氮元素的本質(zhì)型阻燃高分子材料最為常見的一種結(jié)構(gòu)為均環(huán)三嗪。陳琳等［10］進(jìn)行含苯酰亞胺結(jié)構(gòu)的間苯二甲酸甲酯的制備，通過將其同對苯二甲酸、乙二醇縮合，得到側(cè)鏈含苯酰亞胺結(jié)構(gòu)的聚對苯二甲酸乙二酯。試驗(yàn)結(jié)果指出，當(dāng)苯酰亞胺結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%～20% 之間時，聚對苯二甲酸乙二脂的極限氧指數(shù)全部比26.0%大，而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% 時，聚對苯二甲酸乙二酯的極限氧指數(shù)可上升29.0%，但純聚對苯二甲酸乙二酯的極限氧指數(shù)只有22.0%。

除了將磷、氮等元素單獨(dú)引入到聚合物主鏈中，采用分子設(shè)計的方式將兩種或大于兩種的具有阻燃效果的元素引入到聚合物主鏈或側(cè)鏈中也是一種較為有效的手段，該方式可發(fā)揮不同元素間的協(xié)同阻燃效果，實(shí)現(xiàn)對高分子材料阻燃性能的優(yōu)化。姚曉皓［11］進(jìn)行含磷元素及均環(huán)三嗪結(jié)構(gòu)的固化劑的制備，在環(huán)氧樹脂固化中對其加以應(yīng)用，結(jié)果顯示當(dāng)磷元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時，環(huán)氧樹脂極限氧指數(shù)達(dá)到32.7%～35.4%的水平。

3 添加型阻燃高分子材料研究進(jìn)展

添加型阻燃高分子材料是按一定比例將具備阻燃性能的阻燃劑同聚合物基體復(fù)配，使復(fù)合所得材料以對聚合物原有性能的保留為前提附加優(yōu)良阻燃性能的一類高分子材料。與本質(zhì)型阻燃高分子材料相比，添加型阻燃高分子材料阻燃劑種類多、阻燃性能好、成本低、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)突出［12］，其制備是采用物理共混方法，在不具備阻燃性或阻燃性能不佳的高分子材料中加入具有獨(dú)特性能的添加劑，實(shí)現(xiàn)對高分子材料阻燃性能的極大增強(qiáng)。根據(jù)阻燃添加劑性質(zhì)的不同，添加型阻燃高分子材料可劃分為有機(jī)類添加劑阻燃高分子材料、無機(jī)類添加劑阻燃高分子材料及復(fù)合類添加劑阻燃高分子材料3種類型。

3.1 有機(jī)類添加劑阻燃高分子材料

通常，有機(jī)類添加劑阻燃高分子材料有鹵素添加劑阻燃高分子材料與無鹵添加劑阻燃高分子材料2 種類型，前者的發(fā)展比較早，雖然與高分子材料有較好的相融性，且不會明顯影響高分子材料的力學(xué)性能，阻燃性能佳，但在受熱之時容易有有毒氣體生成，會在較大程度上造成環(huán)境的污染。無鹵阻燃劑是將含磷系、氮系、硅系等其他元素的有機(jī)化合物添加至高分子材料中，使其混合形成的有機(jī)體系，既可以同樹脂基體形成均勻穩(wěn)定的共混體系，又有比較突出的環(huán)境友好性能，因而其開發(fā)與應(yīng)用相對廣泛。

在各類非鹵系有機(jī)阻燃劑中，磷系阻燃劑有較好的效果。TIAN 等［13］用1-氧基磷雜-4-羥甲基-2,6,7-三氧雜雙環(huán)［2.2.2］ 辛烷、三氯氧磷與季戊四醇進(jìn)行新型磷酸酯阻燃劑的制備，并將制備所得添加至聚苯乙烯中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到25.0% 時，聚苯乙烯中的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.3%，對應(yīng)的極限氧指數(shù)為30.5%。而除了磷系有機(jī)阻燃劑之外，含多種阻燃元素在內(nèi)的有機(jī)阻燃劑同樣能夠?qū)⒏叻肿硬牧献枞夹阅軆?yōu)化，甚至多元素間的協(xié)同阻燃效果更好，可更大程度地增加高分子材料極限氧指數(shù)。LV 等［14］用三氯氧磷、氨基甲酸乙酯、乙醇與三聚氰胺進(jìn)行同時含有磷元素與氮元素的低聚物有機(jī)阻燃劑的制備，并將制備所得添加至環(huán)氧樹脂中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)該有機(jī)型阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% 時，環(huán)氧樹脂極限氧指數(shù)為28.0%。

3.2 無機(jī)類添加劑阻燃高分子材料

無機(jī)類阻燃劑主要是金屬化合物，以銻類、氫氧化鋁、氫氧化鎂、磷系阻燃劑以及硼酸鹽類等比較常見。就不同無機(jī)類阻燃劑而言，它們的分子結(jié)構(gòu)存在差異，將其添加至高分子材料中表現(xiàn)出來的差異會比較突出。周生剛［15］采用熔融共混方法對三氧化二銻與聚氯乙烯進(jìn)行混合，在調(diào)控三氧化二銻粒徑與團(tuán)聚現(xiàn)象后，得到阻燃性能優(yōu)異的聚氯乙烯，指出當(dāng)三氧化二銻粒子的粒徑為微米級且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.00% 時，聚氯乙烯極限氧指數(shù)為27.0%；而當(dāng)前者為納米級且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.85% 時，后者的極限氧指數(shù)會增加到27.0%。虞華東等［16］將蛭石（硅系阻燃劑）添加至聚氯乙烯中，指出當(dāng)蛭石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到55% 時，聚氯乙烯的極限氧指數(shù)為26.8%。

3.3 復(fù)合類添加劑阻燃高分子材料

復(fù)合類添加劑阻燃高分子材料是將兩種或兩種以上添加劑復(fù)配并加入至高分子材料中，由于添加劑有不同的阻燃原理，兩種或兩種以上阻燃劑可以在體系中發(fā)揮協(xié)同作用，使其與單一阻燃劑相比有更好的阻燃效果。當(dāng)對硅系阻燃劑與磷系阻燃劑進(jìn)行復(fù)配之時，后者燃燒會有難燃?xì)怏w產(chǎn)生，對火勢的蔓延形成抑制，而前者在受熱時會有致密保護(hù)層生成，對空氣進(jìn)行隔絕，并將產(chǎn)生的難燃?xì)怏w密封于材料內(nèi)部，兩者之間的協(xié)同作用可以在更大程度上改進(jìn)高分子材料的阻燃性能。段瑩瑩等［17］運(yùn)用全有機(jī)的磷、氮、硅三重復(fù)合型阻燃劑改進(jìn)了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS 的阻燃性能，指出磷、氮、硅三重協(xié)同下的阻燃效果能夠有效提升ABS 的阻燃性，當(dāng)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 時，ABS 中磷、氮、硅三種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.47%、1.03% 與4.1%，極限氧指數(shù)為27.0%。來方等［18］通過聚苯氧基磷酸聯(lián)苯二酚酯與聚磷酸胺的復(fù)配制得磷、氮復(fù)合型全有機(jī)阻燃劑，通過在環(huán)氧樹脂中添加，實(shí)現(xiàn)對環(huán)氧樹脂阻燃性、熱穩(wěn)定性、耐熱性以及燃燒特性的優(yōu)化，結(jié)果顯示，當(dāng)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 時，環(huán)氧樹脂極限氧指數(shù)為29.6%。

4 結(jié)語

在建筑工程領(lǐng)域中，阻燃高分子材料有廣泛的應(yīng)用，進(jìn)行阻燃高分子材料的研究及新型阻燃高分子材料的研發(fā)既能增強(qiáng)人們生活中的安全性，又能節(jié)約能源，對建筑行業(yè)的發(fā)展形成推動?，F(xiàn)階段，學(xué)者們圍繞高分子阻燃材料的研究主要集中于環(huán)境友好型無鹵材料的開發(fā)上，在今后的生產(chǎn)與研究中，各種類型阻燃高分子材料的研制與開發(fā)以及復(fù)合型阻燃添加劑配方的復(fù)配是阻燃高分子材料的重要發(fā)展方向。