进入21世纪以来，我国经济发展迅速，高分子材料作为一种功能材料在我国受到了各行各业的广泛应用，尤其是在建筑行业上面，而高分子材料一旦受热，就会分解出具有可燃性的物质，当这种可燃性的物质的浓度达到一定程度时，遇到适当的温度就会燃烧，给企业造成巨大的损失。

高分子材料在空气中受热时，会分解生成挥发性可燃物，当可燃物浓度和体系温度足够高时即可燃烧。其燃烧过程及阻燃机理如下：

1. 高分子材料受热的热源热量能够使高分子材料分解，且分解产生的可燃物达到一定浓度，同时体系被加热到点燃温度后，燃烧才能发生。

2. 已被点燃的高分子材料在点燃源稳定后能否继续燃烧则取决于燃烧过程的热量平衡。当供给燃烧产生的热量等于或大于燃烧过程各阶段所需的总热量时，高分子材料燃烧才能继续，否则将中止或熄灭。

3. 高分子材料的阻燃作用可以通过提高材料热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性保护膜、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体等几个要素实现。

通过在高分子材料中使用阻燃剂实现阻燃的方法是目前我国应用较为广泛的阻燃方式，利用阻燃剂与高分子材料分解出来的可燃物之间的结合，来实现提高高分子材料阻燃性能的目的。

阻燃剂的分类及其特点

—Classification and characteristics 

of flame retardants

根据其使用方法可分为添加型和反应型两类，添加型阻燃剂是在塑料的加工过程中掺入塑料中，多用于热塑性塑料。反应型阻燃剂是在聚合物合成过程中作为单体化学键合到聚合物分子链上，多用于热固性塑料，有些反应型阻燃剂也可用作添加型阻燃剂。按照化学结构，阻燃剂又可分为无机和有机两类，在这些化合物中多含有卤素和磷，有的含有锑、硼、铝等元素。 

一、卤系阻燃剂

卤系阻燃剂作为有机阻燃剂的一个重要品种，是较早使用的一类阻燃剂，自20世纪60年代开始被广泛应用。它主要包括氯系阻燃剂和溴系阻燃剂。

1. 氯系阻燃剂：

氯系阻燃剂是一种广泛使用的阻燃剂，主要包括氯化石蜡和氯化脂环烃等。由于其价格相对较低，因此仍然被大量使用。氯化石蜡是工业上重要的阻燃剂之一，由于其热稳定性较差，因此主要适用于加工温度低于200℃的复合材料。然而，氯化脂环烃和四氯邻苯二甲酸酐具有较高的热稳定性，因此常被用作不饱和树脂的阻燃剂。

2. 溴系阻燃剂：

目前世界上产量大的有机阻燃剂之一。阻燃效率高，是氯系阻燃剂的两倍，因此相对用量少。它与基体树脂互容性好，对材料的力学性能影响小，在阻燃领域有着很重要的地位。卤系阻燃剂分解产生卤化氢，卤化氢消除高分子材料燃烧反应产生活性自由基，如HX与火焰中链反应活性物质HO·作用，使上述游离基浓度降低，从而减缓或终止燃烧的链式反应，达到阻燃的目的。

缺点：

1. 卤素元素在高温下会释放出有害气体，对人类健康和环境造成危害；卤系阻燃剂具有挥发性和渗透性，容易通过气态、液态、和固态途径对周围环境造成对环境的污染； 一些研究表明，卤系阻燃剂可能导致某些材料老化、脆化、开裂，降低材料的使用寿命。

二、磷系阻燃剂

磷系阻燃剂是指含有磷酸盐基团的阻燃剂，主要有磷酸三丁酯、二苯醚和五氧化二锑等。磷系阻燃剂的分子中存在大量的羟基，能与含卤素的材料反应形成不稳定的络合物，降低材料的可燃性。同时，由于磷的吸湿性小、发烟量少，所以具有较好的耐水性及抗潮性。

1.有机磷系阻燃剂

主要有膦酸脂、磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、氧化膦及磷-氮化合物等。含磷化合物受热分解的产物有非常强的脱水作用，能使所覆盖的聚合物表面炭化，形成炭膜，隔绝空气，从而达到阻燃的作用。

2.无机磷系阻燃剂

无机磷系阻燃剂主要包括红磷、聚磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵等。在火焰作用下，阻燃剂发生熔融、分解等化学反应，生成不可燃的物质，从而起到阻燃作用。此外，无机磷系阻燃剂还能促进高分子材料的热分解，减少可燃物的数量，降低燃烧速率。

三、金属氢氧化物

金属氢氧化物是指金属阳离子与氢氧根离子形成的无机化合物，也叫作碱，是金属元素的氢氧化物。可用通式M（OH）n表示。如氢氧化钠等。作为阻燃助剂以氢氧化铝、氢氧化镁为主，是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂。

1.氢氧化镁

是一种无毒、无味、不腐蚀的白色粉末，热分解温度为390-430℃。它主要用于CPC、CPE、软磁铁氧体阻燃剂，并广泛用于PP、PVC、PE、PS、PA、PC、ABS、EVA等塑料橡胶中，以及在油漆、涂料以及不饱和聚酯中也有应用。氢氧化镁是一种高填充量与添加型的无机阻燃剂与抑烟剂，其阻燃机理为：氢氧化镁在340-490℃受热时，发生分解吸收燃烧物表面热量达到阻燃作用；同时，释放出大量的水分稀释燃物表面的氧气，而分解生成的活性氧化镁会附着在可燃物的表面，进一步阻止燃烧的进行。在整个阻燃过程中，氢氧化镁并没有产生任何有害物质，而且分解出的产物在阻燃的同时，还可以大量地吸收塑料、橡胶等高分子燃烧生成的有害气体与烟雾。

2.氢氧化铝

与氢氧化镁相比，氢氧化铝在分解温度、热反应等方面有所不同。氢氧化铝的分解温度为230-250℃，具有较高的热稳定性。在阻燃过程中，氢氧化铝通过分解产生水蒸气来覆盖火焰、驱逐氧气、稀释可燃气体，同时形成绝热层和炭化作用等来中断或者推迟高聚物的燃烧。

四、硼系阻燃剂

硼系阻燃剂具有耐热性好、毒性低、抑烟的特点。通用的无机硼阻燃剂有硼砂、硼酸、硼酸锌、偏硼酸钙、偏硼酸铵、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵和氟硼酸锌等；有机硼阻燃剂主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。

1.无机硼阻燃剂

无机硼系阻燃剂以硼酸、硼砂和硼酸盐为主，该系阻燃剂可明显提高材料的耐火、阻燃和抑烟性能，使其燃烧时较少散发出有毒、有害气体。无机硼系阻燃剂（硼酸、硼砂等）由于具有原料来源广泛、抑烟性、稳定性好等优点成为重要的阻燃剂之一。无机硼酸盐系列阻燃剂有偏硼酸钡、氟硼酸铵、偏硼酸、钠、五硼酸铵、偏硼酸铵、硼酸锌等，硼酸锌是目前应用广泛的无机硼系阻燃剂之一，硼酸锌由硼砂或硼酸合成而得，同时具有阻燃、抑烟、成炭、抑制阴燃和防止熔滴等多种功能，广泛用于纤维织物、聚酰胺、尼龙、聚氯乙烯中作阻燃剂。硼酸锌可单独作阻燃剂，也常与溴系阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁以及膨胀阻燃剂协同阻燃，代替有毒的三氧化二锑。

2.有机硼阻燃剂

有机硼阻燃剂主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。有机硼系阻燃剂主要在凝聚相中起到阻燃的作用。在热裂解时会形成玻璃状的熔融覆盖物，覆盖在聚合物表面隔绝热量和空气。有机硼系阻燃剂可促进材料的炭化，生成具有较好热稳定性的炭层。有机硼在燃烧时会生成硼酸酐或者硼酸，生成的硼酸可与含羟基的化合物反应形成B-C结构。芳基硼酸化合物则在受热时会反应生成硼氧六环。多硼酸基的化合物受热交联形成网状结构，进一步受热，则会形成含B-O-C结构的稳定炭层。

五、氮系阻燃剂

氮系阻燃剂是一类在高温下能够释放出氮气或氨等气体的化合物，从而稀释火焰中的氧气，削弱燃烧反应。氮系阻燃剂具有良好的阻燃性能和烟雾抑制效果，广泛应用于塑料、纺织品、涂料等领域。目前含氮阻燃剂主要包括3大类：三聚氰胺、双氰胺、胍盐(碳酸胍、磷酸胍、缩合磷酸胍和氨基磺酸胍)及它们的衍生物。

1.三聚氰胺

三聚氰胺常用于制造膨胀型防火涂料中的发泡成分，其发泡效果好，成炭致密。除单独作阻燃剂外，常用的阻燃品种是与酸反应产生的衍生盐，广泛用于PE、PP以及PVC塑料等热塑性、热固性塑料等领域；三聚氰胺与液态磷酸酯合用，广泛应用于阻燃聚氨酯泡沫材料。

2.双氰胺

主要用于制造胍盐阻燃剂，可以代替三聚氰胺，或者与三聚氰胺结合。欧洲专利报导双氰胺等比例混合，添加量5％可使聚酰胺达到UL94 V一0级的阻燃效果，且这种阻燃剂对材料的撕裂强度影响很小。此外，双氰胺可以制造木材防火胶。

3.胍

胍盐除了用作药物、染料中间体外，常用作纤维素基质材料的阻燃剂，如木材、纸、纸板等。这类阻燃剂阻燃性能持久，而且吸湿性较无机阻燃剂小得多，装饰性能好，所以广泛应用于制造高档的装饰用木材。除此之外，还可以在膨胀型防火涂料中作为发泡剂的组分。

六、膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂（IFR）是一种环保的绿色阻燃剂，不含卤素，也不采用氧化锑为协同剂，其体系自身具有协同作用。含膨胀型阻燃剂的塑料在燃烧时表面会生成炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合未来阻燃剂的研究开发方向，已经成为国内外较为活跃的阻燃剂研究领域之一。

1.有机含磷膨胀型阻燃剂

磷－氮膨胀型阻燃剂是以磷、氮为主要成分的阻燃剂，其发烟量、有毒气体的生成量很小，并显示出良好的阻燃性能，被认为是今后阻燃剂的重要发展方向之一。目前典型且应用广泛的磷－氮系膨胀型阻燃剂是三聚氰胺、APP、PER系统。其中三聚氰胺充当气源，PER是炭源，APP既可作酸源又可作为气源。化学膨胀型阻燃体系的阻燃原理如图2所示。在较低温度下，先由APP释放出酸性物质，然后在稍高于释放酸的温度下，APP和多元醇化合物发生酯化反应，在酯化过程中，酯化产物脱水成炭，形成炭层，体系开始熔融；酯化反应产生的水蒸气、氨气等气体和由气源产生的不燃性气体填充到炭层中去，使体系膨胀发泡，反应接近完成时，体系炭层固化，最后就形成了多孔泡沫炭层，从而达到阻燃的目的。

2.无机膨胀型石墨阻燃剂

膨胀型石墨(EG)是一种新型的物理无机膨胀型阻燃剂。将天然石墨通过特殊化处理，可形成特殊层间化合物EG，当其被加热时，可沿C-C轴方向膨胀数百倍。EG自身可以成炭、发泡，但一般需要一些酸来催化使用，人们对于EG和有机膨胀阻燃剂的协同效应作了大量研究，发现EG与有机膨胀阻燃剂一起使用能发挥出很好的阻燃效果。

缺点：

IFR与高聚物相容性差，会导致高聚物的物理机械性能、电性能和绝缘性能下降，尤其是拉伸强度、抗冲击强度大幅度下降，使得工程上难以应用；IFR的吸潮性较大，各组分之间易发生醇解，导致阻燃高聚物抗水性下降，可能会对材料的性能产生不良影响。此外，IFR的相对分钟量较低，使材料的热稳定性变差，抗迁移性和相容性也较差，这可能会导致阻燃产品的物理机械性能和外观性能不佳。