阻燃剂的研究进展

摘要：本文主要介绍阻燃剂的分类，阐述各类阻燃剂的阻燃原理及优缺点，目前阻燃剂的市场情况及阻燃剂在国内外的研究进展。

关键词：阻燃剂 阻燃机理 市场 研究进展

一、引言

据公安局消防局统计，2011年，全国共接报火灾125402起，死亡1106人，受伤572人，直接财产损失18.8亿元，由此可以看出火灾引起的损失非常巨大，因此，阻燃剂是有机材料的重点研究方向。粗略估计，全球65%-70%的阻燃剂用于塑料，20%用于橡胶，5%用于纺织品，3%用于涂料，2%用于纸张及木材。由此可以看出，阻燃剂大部分应用于塑料行业。

二、阻燃剂的介绍

2.1 无机阻燃剂

无机金属氢氧化物阻燃剂：主要有氢氧化铝和氢氧化镁两类。目前为了进一步提高氢氧化铝的阻燃性能，对其进行了一些处理，如表面活性化、超细化、大分子键合处理以及复合化等。其反应机理如下： 该反应是吸热反应，使体系的温度下降，水在此温度下变成水蒸气，又可冷却和稀释受热分解产生的可燃性气体和氧化剂，而氧化铝的残渣又是优良的导热体，可增加燃烧区热量的排出。经过表面改性处理的氢氧化铝和氢氧化镁，其阻燃性能和被阻燃基材的抗拉强度、伸长率等与处理前相比有大幅提高。

无机磷系：包括聚磷酸铵、磷酸、红磷等，其阻燃机理既有气相机理，又有凝聚相机理，但以凝聚相机理为主。在燃烧时发生以下变化：磷化合物-磷酸-偏磷酸-聚偏磷酸，聚偏磷酸玻璃体不仅覆盖于燃烧体表面，形成保护膜，能隔绝氧气、起阻燃作用。

膨胀型石墨阻燃剂：膨胀型石墨（EG）是一种近期发展起来的无卤无机膨胀型阻燃剂，其作用机理为：EG膨胀时吸收大量的环境热量，一方面通过膨胀窒息、覆盖形成隔离膜中断链反应，达到热量缓释的效果；另一方面本身不燃，并能够吸收环境热量，EG是多种阻燃机理集于一身的优良的阻燃剂。

其它一些无机阻燃剂或消烟剂：硼类阻燃剂是近年来发展较快的一类多功能阻燃剂。主要有五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡和硼酸锌等；锑系阻燃剂是一种重要的阻燃增效剂。可单独使用亦可复合使用，尤其是与卤系阻燃剂并用时可大大提高卤系阻燃剂的效能，是卤系阻燃剂中不可缺少的协同剂；钼类化合物是人们发现最好的抑烟剂，使钼类化合物的开发与应用成为目前阻燃剂领域的新热点。

2.2 有机阻燃剂

溴系阻燃剂：目前生产的溴系阻燃剂约有70多种，其中最重要的是十溴二苯醚（DBDPO）、四溴双酚A（TBBPA）和六溴环十二烷（HBCD）等。前两者的产量占溴系阻燃剂的50%左右。

卤-磷阻燃剂：这类阻燃剂的特征是：分子中同时兼有溴和磷或溴、磷和氮原子。在阻燃性能方面彼此起协同增效作用；分子中的溴含量较低，燃烧过程伴随较少的发烟量，有害性的气体挥发物较少。

无卤阻燃剂：无卤、低烟、低毒的环保型阻燃剂一直是人们追求的目标，近年来全球一些阻燃剂供应和应用商对阻燃无卤化表现出较高热情，对无卤阻燃剂及阻燃材料的开发也投入了很大的力量。据分析，无卤阻燃剂主要品种为磷系阻燃剂及无机水合物。前者主要包括红磷阻燃剂，无机磷系的聚磷酸铵（APP）、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸酯等，有机磷系的非卤磷酸酯等。后者主要包括氢氧化镁、氢氧化铝、改性材料如水滑石等。

磷—氮系膨胀型阻燃剂：膨胀阻燃体系一般是指含磷、氮、碳的复合阻燃剂，它包括3种组分，即酸源（脱水剂）、碳源（成炭剂）及气源（发泡剂） 。碳源为膨胀多孔炭层的碳源，一般是含碳丰富的多官能团（如-OH）物质，季戊四醇（PER）及其二缩醇、三缩酵是常用的炭化剂；酸源一般多为无机酸或为在燃烧加热时原位生成酸的盐类，例如磷酸、硼酸、磷酸铵盐、磷酸酯等；气源多为含氮的多碳化合物，如尿素、三聚氰胺、氯化石蜡、双氰胺、聚酰胺等。

氮系阻燃剂：氮系阻燃剂是通过分解时的吸热效应和释放不燃性气体（NH3）的稀释作用来实现阻燃效果的。但是，单独使用氮系阻燃剂阻燃效果不佳，由于成炭效果不好导致固相阻燃效果差，把这类阻燃剂与含磷阻燃剂并用即组成膨胀型阻燃体系，阻燃效果好。

三、阻燃剂研究进展

3.1国内研究进展

近几年来，中国阻燃剂生产量的年平均增长率估计可达15%-20%，远远高于全球3%-4%的水平。2010年国内塑料制品产量为5830.38万吨，根据塑料制品业规划目标，“十二五”末塑料制品产量达到约1000万吨，在2010年基础上实现再翻一番的目标。按阻燃塑料占塑料制品的20%和阻燃剂使用比例3%计算，预计“十二五”末我国塑料制品用阻燃剂市场规模将达60万吨，阻燃剂整体市场规模达90万吨左右。从市场发展趋势来看，预计2013-2016年均增长速率在15%-20%之间，到2015年阻燃剂市场将达85万吨以上。

3.2国际发展现状

美国、西欧及日本是世界三大阻燃剂市场。其中，美国占全球市场总量的40%，西欧约30%，日本约20%。全球阻燃剂市场年均增长率约为3.5%～4%。国外不少厂商正在积极开发无卤阻燃系统（主要是磷系），且不断有新产品问世。特别是最近几年，全球三家最主要的溴系阻燃剂生产公司，如雅宝公司、大湖公司及死海溴化物公司也开始转向无卤磷系阻燃剂的开发，并已有商品供应。前两年，雅宝公司和大湖公司宣布，他们将供应磷系阻燃剂，以作为他们传统溴系阻燃剂产品的补充。

四、小结

卤系阻燃剂辉煌不再：自1986年起，溴系阻燃剂受到了二英问题的困扰，加上以溴系阻燃剂阻燃的高聚物在热裂及燃烧时生成大量的烟尘及腐蚀性气体，及卤系阻燃剂产品在北欧和西欧未能获得环保标志，给卤系阻燃剂的前景蒙上了一层阴影。

磷系阻燃剂备受青睐：磷系阻燃剂并不是一种新型阻燃剂，但它作为一种无卤系统，在阻燃剂领域内十分引人注目。近年备受人们青睐的所谓膨胀型阻燃剂，其活性成分之一也是磷。

无机阻燃剂崭露头角：无机阻燃剂的最大优点是低毒、低烟或抑烟、低腐蚀，且价格低廉，但由于所需添加量较大，限制了它们的应用。