环境友好膨胀型阻燃剂的研究进展

【摘要】介绍了膨胀型阻燃剂的组成、分类阻燃机理及研究现状，提出了要从当前膨胀型阻燃剂中存在的问题、相应的改进方法及其发展方向。

【关键词】环保；膨胀型阻燃剂；阻燃机理

前言

阻燃剂是能够保护材料不着火或使火焰难以蔓延的化学物质。在建筑、电气及日常生活中使用的木材、塑料和纺织品，大多数是易燃材料。为了预防火灾的发生，或者发生火灾以后阻止或延缓火灾的发展，往往用阻燃剂对易燃材料进行阻燃处理，使易燃材料变成难燃、不燃的材料；或仅碳化而不着火不发烟；或者虽碳化、着火和发烟，但燃烧难以扩展。近几年，我国的阻燃科学技术的研究和阻燃剂的开发利用已受到重视。

1膨胀型阻燃剂介绍

膨胀型阻燃剂（IntumescentFlameRetardant，IFR）具有高阻燃性；其聚合物无熔滴行为，对长时间或重复暴露在火焰中有极好的抵抗性；无卤，无氧化锑；低烟、低毒、无腐蚀性气体等优点，被誉为阻燃技术的一次革命。但由于加土困难、吸湿、用量大和价格等方而的原因，膨胀型阻燃剂的应用还相当有限。

2膨胀型阻燃体系组成、阻燃机理

2.1膨胀型阻燃体系组成

膨胀型阻燃体系主要包括以下三个组分①酸源：一般指无机酸或在加热时在原位生成酸的化合物。无机酸要求沸点高，而氧化性小太强。它必须能使含碳多元醇脱水，但在火发生之前不宜发生脱水反应。如磷酸、硫酸、硼酸、多聚磷酸及有机磷酸醋等：②炭源：它是形成泡沫炭层的基础，主要是一些含炭量高的多轻基化合物，如淀粉、季戊四醇、乙二醇及酚醛树脂等：③发泡源：它是受热放出惰性气体的化合物，常用的发泡源一般为含氮的尿素、双氰胺、聚酞胺、脉醛树脂及蜜胺类等。

2.2膨胀型阻燃体系阻燃机理

膨胀型阻燃剂在受热时，成炭剂在脱水剂作用下脱水成炭，炭化物在膨胀剂分解的气体作用下形成蓬松多孔封闭结构的炭层。该炭层为无定性炭结构，其实质是炭的微品，其本身不燃，并可阻止聚合物与热源间的热传导和氧气的扩散，降低聚合物的热解温度，还可以防止挥发性可燃组份的扩散。交联的炭层还可以有效地阻止聚合物燃烧产生的熔融滴落行为，从而达到了中断聚合物燃烧的目的。同时IFR可通过气相起到阻燃作用，如燃烧过程中产生的PO·自由基等，通过链中止反应，捕获高能量的HO·自由基；另外燃烧过程中产生的NH3，N2，H20等也能起到气相稀释的作用，降低可燃气体的浓度，从而有效地防止了火焰的传播。

从理论上讲，膨胀成炭的形成大约要经历以下几个步骤：首先酸源受热放出无机酸，多元醇酯化，反应生成的水蒸汽及一些不燃性气体使熔融体系发泡，进而脱水炭化，最终形成一层多微孔的炭层。

3IFR技术展望

3.1表面处理

为使材料既具有阻燃性又能使其机械性能达到实用标准，应对膨胀阻燃剂的粒度、粒度级配、粒度形状等物理参数进行研究，对IFR进行表面处理，以增加其与聚合物的亲和力，使膨胀型阻燃剂易于分散，在燃烧时形成覆盖于基材表面上的均匀致密的膨胀炭质层。这些表面处理剂就是偶联剂，常用的有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、含磷的钛酸盐等结构较为复杂的化合物。也可用结构简单的饱和或不饱和的脂肪酸盐来处理表面

3.2微胶囊化

采用微胶囊化技术对膨胀型阻燃剂进行包裹改性，可以提高膨胀型阻燃剂的防潮性，防止有效的阻燃成分在阻燃系统内的迁移和飘移，进一步改进IFR与基体的相容性，从而达到提高阻燃材料性能的目的。

3.3微细化

因阻燃剂颗粒太大而导致材料应力集中，同样会损害被阻燃材料的物理机械性能。20世纪后期出现的纳米技术与纳米材料已成为科学与技术领域的新热点。当膨胀型阻燃剂达到纳米级后，其颗粒具备了一些一般颗粒所没有的崭新性质：如颗粒有大的比表面积、高表面能、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，表现出高强度、抗热震、抗氧化、阻燃效果增长等特点。纳米技术与材料的紧密结合，将大大促进阻燃事业的发展，减少火灾，造福于人类。

3.4协同效应

对膨胀阻燃剂进行复配，可降低阻燃剂用量与生产成本，提高阻燃剂的阻燃性能，尽可能减小对材料物理机械性能的影响。为了使阻燃系统最优化，必须研究各成分之间的相互作用，提高增益作用，减小相互抵消的作用。除了配方上的研究以外，还必须研究这些组分的热解动力学过程，运用优化理论和方法，以获得最优化的IFR配方。

3.5阻燃剂的共聚与改性

除了上述几个主要技术方面外，研制“三位一体”的IFR是阻燃剂技术更为重要的发展方向。该IFR最突出的优点是有效地降低了吸潮性，耐候性好，还可以将IFR和单体接枝共聚，因此也解决了普通IFR与高分子之间的不相容问题。但由于该类大分子物质中各组分的配比固定，目前还未取得最佳配比下的IFR，有待进一步研究和完善。综上所述，目前高聚物IFR己形成多种类型系列化的产品，并且新品种的IFR不断出现，相关技术也在不断发展，阻燃剂向着多功能、环境友好的方向发展。

4结语

随着纤维、塑料、橡胶三大合成材料的广泛应用，阻燃剂得到迅速发展，并且出现了许多新的品种。但历经了有卤、无卤的争论后，为确保阻燃性能和适应环保的要求，化学膨胀型阻燃剂（IFR）应运而生，IFR在合成阶段，加工过程，火灾发生时，以及产品的回收处理过程中，对人身健康及环境所带来的影响和危害均较小，其受热和燃烧时形成具有隔热、隔氧的泡沫状炭层，起到阻燃作用，具有无卤、低烟、低毒、无腐蚀性气体释放等特点，符合可持续发展概念，且阻燃效果显著，价格低廉，因此最有可能成为含卤阻燃剂的替代品。

参考文献：

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