根據聚合物阻燃性能的方式，通常分為本征阻燃與添加型阻燃兩種。本征型阻燃的原理是將氮、硅、磷等阻燃元素通過化學方法添加到聚合物分子鏈中，從而達到阻燃的效果。添加型阻燃是通過將阻燃劑添加到聚合物中，從而達到阻燃效果。該方法成本低，阻燃效果好，易于產業化，目前應用較廣。

    阻燃劑種類分為鹵素阻燃劑、無機阻燃劑、膨脹型阻燃劑（IFR）和礦物阻燃劑。鹵素阻燃劑阻燃效果好，添加量少，對基體材料力學性能影響小，分為溴系和氯系阻燃劑；無機阻燃劑可分為金屬氧化物類、金屬氫氧化物類；膨脹性助燃劑在受熱過程中會發泡膨脹，通常為P、N、C為主要核心成分的復合阻燃劑；礦物阻燃劑分為普通礦物類、粘土礦物以及可膨脹石墨等等。

    某些阻燃劑如鹵素阻燃劑，在燃燒過程中會產生有毒煙霧，因此鹵素阻燃劑使用越來越少。又比如有機磷酸酯（OPEs），越來越多地用作增塑劑，并被阻燃劑行業用作受管制的多溴聯苯醚的替代品。然而其與有毒有機農藥結構及其相似，引起公眾對這些化合物構成的風險與擔憂。雖然很少有報道OPE含量達到風險程度，但在少數研究中發現某些食品中含量令人擔憂，特別是某些嬰兒母乳中。

    對此世界各大機構紛紛研究開發新品種的阻燃劑及替代品。目前，國內外學者對于環境友好型無鹵阻燃劑研發開展大量研究，其中無機阻燃劑、IFR和礦物阻燃劑由于具有環境友好型和良好阻燃效果成為研究領域熱點。

    氫氧化鎂、氫氧化鋁等金屬氫氧化物阻燃劑在受熱分解后會釋放結晶水并吸收大量燃燒熱，從而降低聚合物表面溫度；此外，脫水生成的金屬氧化物可以催化形成炭層。但是無機阻燃劑只有加入較大量才可以達到阻燃效果，但這樣又會導致材料力學性能下降。而且，無機阻燃劑與聚合物結合力小，相容性差。IFR環保，可被用于多種聚合物阻燃，但是其與高聚物相容性差，吸濕性大、熱穩定性弱以及阻燃劑分散性差等缺點。而礦物阻燃劑具有環保無毒、資源豐富、價格低廉等優點。其通常是以納米尺度分散在聚合物中，多數粘土礦物的納米片在二維方向上對聚合物燃燒產生的小分子、可燃蒸汽和放出熱量起到阻隔作用。而提高粘土礦物阻燃效率、減低其添加量、提高其與聚合物界面相容性仍為一種挑戰。

    提高阻燃劑阻燃效果目前主要有阻燃劑復配、添加阻燃協效劑和納米化三種方法。

1.阻燃劑的復配

    單一阻燃劑通常無法達到理想效果，而可以將多種阻燃劑復配使其產生協同阻燃效果。例如，金屬氫氧化物阻燃劑效率低，需要大量添加，降低了聚合物的力學性能。因此，可以在氫氧化物添加量較小時，復配其他阻燃劑獲得性能優異的阻燃復合材料。

2.添加阻燃協效劑

    添加阻燃協效劑也可以有效提高阻燃劑性能。例如為了提高鹵素阻燃劑阻燃效率，降低其使用量，通常加入氧化銻作為阻燃協效劑；又比如為提高IFR阻燃效率，可以向基體中添加阻燃協效劑與炭層助劑以提高阻燃效率。對于不同阻燃劑和聚合物基體材料，阻燃協效劑選用也是區別對待。常使用協同效應與阻燃效應考察阻燃劑與協效劑之間的協同效果。

3.阻燃劑納米化

    納米顆粒比表面積大、擴散性高以及具有體積效應，當將納米化阻燃顆粒作為阻燃添加劑中，聚合物阻燃效果會明顯增加。研究表明納米二氧化硅可以顯著降低防火涂層的失重率、炭化指數、火焰傳播率、熱釋放率，發煙率、總發煙量等等。此外，納米化后的阻燃劑可提高與聚合物間的界面相容性，有益于提高聚合物的綜合力學性能。但是若要獲得分散性優異的納米聚合物復合材料，納米阻燃劑容易團聚的問題仍需解決。

• 減少聚合物力學性能影響

• 適用聚合物色澤要求的阻燃劑

• 提高抑煙性能優秀

• 滿足其他性能要求如熱穩定性

  
  

參考文獻

[1]徐建林,王濤,康成虎,楊文龍,牛磊.阻燃劑研究與應用進展及問題思考[J/OL].材料導報,2022(10):1-14[2021-11-20]

[2]CHOKWE T B, ABAFE O A, MBELU S P, OKONKWO J O, SIBALI L L. A review of sources, fate, levels, toxicity, exposure and transformations of organophosphorus flame-retardants and plasticizers in the environment [J]. Emerging Contaminants, 2020, 6(345-66.

來源：高分子物理學公眾號

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