红磷作为阻燃协效剂在阻燃材料中的应用

摘 要 阻燃剂的协同效应理论是提高高分子材料阻燃效率的一种有效手段，已成为当前研究开发高效阻燃剂的主要指导理论之一。其中，围绕磷展开的协效阻燃剂研究开发是当前阻燃剂开发领域的热点。本文主要介绍了以红磷为阻燃协效剂，与纳米改性氢氧化铝以及在磷―氮协效阻燃剂中的协效阻燃作用，展望了阻燃剂未来的发展方向和前景。

关键词 红磷阻燃材料 阻燃协效剂 磷―氮协效阻燃剂

中图分类号：TQ314 文献标识码：A

1绪论

红磷作为阻燃剂，存在下述缺点：（1）红磷在空气中很容易吸收水分，生成H3PO4，H3PO3，H3PO2等物质，使制品表面被腐蚀而失去光泽和原有的性能，并慢慢向内层深化；（2）红磷与树脂的相容性差，不仅难以分散，也会导致合成材料的性能下降；（3）红磷长期与空气接触，在生成磷的含氧酸的同时，会放出剧毒的PH3气体，污染环境；（4）红磷易被冲击所引燃，干燥的红磷粉尘具有燃烧及爆炸危险；（5）红磷的深紫红色易使被阻燃的制品着色。上述缺点严重限制了红磷的直接应用，所以对红磷做阻燃剂时进行改性至关重要。阻燃剂的协同效应理论是提高高分子材料阻燃效率的一种有效手段。围绕磷展开的协效阻燃剂研究开发室当前阻燃剂开发领域的热点。

2磷―氮协效阻燃剂的研究与应用

磷-氮协效阻燃剂可以分为反应型和添加型两大类，目前使用的大部分磷―氮协效阻燃剂属于添加型，主要包括膨胀性阻燃剂、磷腈类阻燃剂、含氮氧杂膦菲类阻燃剂等。

（1）膨胀型阻燃剂是磷―氮协效阻燃剂品种最多、应用最广的一大类，它以P、N、C为核心元素，通过复配或化合按一定比例构成碳源（成炭剂）、酸源（脱水剂）和气源（膨胀剂）。目前膨胀型阻燃剂中研究较活跃的是对传统的聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺磷酸盐（MP）、三聚氰胺氰脲酸盐（MCA）等进行改性或复配处理以及合成新型含氮磷酸酯类等。Xiao-PingHu等将APP与由三聚氯氰、氨水和二乙烯三胺合成的成炭剂CA复配组成新型膨胀体系，在PE中应用后，阻燃性能优良，如表1所示。

表1：APP-CA阻燃PE性能

有研究合成了一种磷酰基季戊四醇的含氮衍生物阻燃PBT（如图1）该阻燃剂添加量达到20%（质量分数）时，在UL-94测试中也未能达到V-0级；而将该阻燃剂与聚氨酯（PU）复配后，添加该阻燃剂20%、PU10%（质量分数）时，阻燃PBT的UL-94达到V-0级。

（2）磷腈类化合物是以P、N为基本骨架交替排列的无机―有机化合物，可分为聚磷腈和环磷腈，其基本结构如图2所示。近年来磷腈类化合物作为阻燃剂的研究已经成为无卤阻燃的重要发展方向之一，并越来越受到科研人员的重视。磷腈阻燃剂不仅具有磷系阻燃剂良好的阻燃性能，而且具备氮化合物阻燃增效和协同阻燃的作用，另外还具有热稳定性好、无毒、发烟量小和自熄性的优点。

图1：磷酰基季戊四醇的含氮衍生物

图2：聚磷腈和环磷腈

3纳米改性氢氧化铝与包覆红磷协效阻燃作用

选用无机阻燃剂纳米CG-ATH和包覆红磷对PBT进行了协效阻燃的研究。以通过该实验来说明纳米改性氢氧化铝与包覆红磷协效阻燃作用。

图3：纳米CG-ATH添加量对PBT/RP复合材料的影响

由图3可知：（1）PBT/RP复合材料的氧指数随纳米CG-ATH添加量的增加而显著提高，当纳米CG-ATH的添加量为30phr时，PBT/RP复合材料的氧指数从27提高到了31，纳米CG-ATH与包覆红磷对PBT/RP复合体系有协效阻燃效应；（2）纳米CG-ATH添加量超过10phr，复合材料的氧指数增加幅度开始减慢，如纳米CG-ATH添加量从0phr增加到10phr时氧指数由27增加到29，由10phr增加到30phr时氧指数由29增加到30.8。表明纳米CG-ATH在低添加量时与包裹红磷有较好的协同增效作用，而添加量较大时，阻燃协效作用减弱。