阻燃剂概念、分类、机理​

一． 概念
　　阻燃剂是一类能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰继续蔓延的添加剂。最常用和最重要的阻燃剂是磷、溴、氯、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂、锑和铝等化合物。见如下：
　　（1）溴系阻燃剂 含溴阻燃剂是目前用的最广泛的阻燃剂之一，包括脂肪族、脂环族、芳香族及芳香-脂肪族的含溴化合物，这类阻燃剂阻燃效率高，其阻燃效果是氯第阻燃剂的两倍，相对添加量少。
　　（2）氯系阻燃剂 氯系阻燃剂由于其价格便宜，目前仍是大量使用的阻燃剂。氯含量最高的氯化石蜡是工业上重要的阻燃剂，但热稳定性差，仅适用于加工温度低于200℃的复合材料，氯化脂环烃和四氯邻苯二甲酸酐热稳定性较高，常用作不饱和树脂的阻燃剂。其机理在热解过程中，分解出捕获传递燃烧自由基的X.及HX，HX能稀释可燃物裂解时产生的可燃气体，隔断可燃气体与空气的接触。
　　（3）磷系阻燃剂，有机磷化物是添加型阻燃剂，该类阻燃剂机理燃烧过程中产生了偏磷酸可形成稳定的多聚体，促使可燃物脱水炭化，阻止或减少可燃气体产生。偏磷酸在热解时还形成了类似玻璃状的熔融物覆盖在可燃物表面，促使其氧化生成二氧化碳，起到阻燃作用，该类阻燃剂主要有磷（膦）酸酯和含卤磷酸酯及卤化磷等，如TPP、BDP、RDP、RDXP、CEPPA、DMMP、TCPP、TCEP等，广泛地用于环氧树脂、酚醛树脂、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS等。
　　（4）在氮系阻燃剂中，氮的化合物和可燃物作用，促进交链成炭，降低可燃物的分解温度，产生的不燃气体，起到稀释可燃气体的作用。
　　（5）无机阻燃剂 无机阻燃剂是根据其化学结构习惯分出的一类阻燃剂，包括氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁及硼酸锌等。
　　 (6) 磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂主要是通过磷－卤、磷－氮协同效应作用达到阻燃目的，具有磷－卤、磷－氮的双重效应，阻燃效果比较好。

　　阻燃剂也可以这样分类：无机阻燃剂和有机阻燃剂二大类
　　1）有机是以溴系、氮系和红磷及含磷化合物为代表的一些阻燃剂；
　　2）无机主要是磺酸盐系列，次磷酸盐类、三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、硅系等阻燃体系。
　　阻燃剂从有无含卤簇元素角度来分类：有卤阻燃剂和无卤阻燃剂
　　1）有卤阻燃剂如十溴二苯乙烷、十溴联苯醚、溴化双S醚、溴代三嗪、BC52/BC58等。
　　2）无卤阻燃剂如PC专用无卤透明阻燃剂，磷氮互配阻燃剂（APP、MCA、MPP）、聚甲基苯基硅氧烷等等

二． 阻燃机理系统介绍
　　阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。

1、 吸热作用

　　任何燃烧在较短的时间所放出的热量是有限的，如果能在较短的时间吸收火源所放出的一部分热量，那么火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面和作用于将已经气化的可燃分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应就会得到一定程度的抑制。在高温条件下，阻燃剂发生了强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度,有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。

　　Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容，使其在达到热分解温度前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性能。这类阻燃剂充分发挥其结合水蒸汽时大量吸热的特性，提高其自身的阻燃能力。

2、 覆盖作用

　　在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。如有机阻磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。

3、 抑制链反应

　　根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需的是自由基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂，它的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。

4、 不燃气体窒息作用
　　阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃物分解出来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用，阻止燃烧的继续进行，达到阻燃的作用。