阻燃劑是一種賦予易燃聚合物阻燃性的功能添加劑。主要針對(duì)高分子材料的阻燃性而設(shè)計(jì)，通過吸熱、覆蓋、抑制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、不可燃?xì)怏w窒息等多種機(jī)制發(fā)揮其阻燃性。大多數(shù)阻燃劑通過幾種機(jī)理達(dá)到阻燃的目的。

阻燃劑的作用。

吸熱效應(yīng)。

任何燃燒在短時(shí)間內(nèi)釋放的熱量都是有限的。如果火源釋放的一部分熱量能在短時(shí)間內(nèi)被吸收，火焰溫度會(huì)降低，輻射到燃燒表面并作用于將汽化的可燃分子裂解成自由基的熱量會(huì)減少，燃燒反應(yīng)會(huì)受到一定程度的抑制。

在高溫下，阻燃劑具有很強(qiáng)的吸熱反應(yīng)，吸收燃燒釋放的部分熱量，降低可燃材料的表面溫度，有效抑制可燃?xì)怏w的形成，防止燃燒擴(kuò)散。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機(jī)理是增加聚合物的熱容量，使其在達(dá)到熱分解溫度之前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這種阻燃劑在與水蒸氣結(jié)合時(shí)充分發(fā)揮了其吸熱的特性，提高了自身的阻燃能力。

遮蓋效果。

阻燃劑在可燃材料中加入阻燃劑后，能在高溫下形成玻璃狀或穩(wěn)定的泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，起到隔熱、隔氧和防止可燃?xì)怏w向外逸出的作用，從而達(dá)到阻燃的目的。例如有機(jī)磷阻燃劑加熱時(shí)可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的交聯(lián)固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面可以防止聚合物進(jìn)一步熱解，另一方面可以防止熱分解產(chǎn)物進(jìn)入氣相參與燃燒過程。

連鎖反應(yīng)的抑制。

根據(jù)燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，維持燃燒需要自由基。阻燃劑可以作用于氣相燃燒區(qū)，捕獲燃燒反應(yīng)中的自由基，從而阻止火焰?zhèn)鞑ィ档腿紵齾^(qū)的火焰密度，最終降低燃燒反應(yīng)速度直至終止。例如，含鹵阻燃劑的蒸發(fā)溫度與聚合物的分解溫度相同或相近。當(dāng)聚合物受熱分解時(shí)，阻燃劑也會(huì)揮發(fā)。此時(shí)，含鹵阻燃劑和熱分解產(chǎn)物同時(shí)處于氣相燃燒區(qū)，因此鹵素可以在燃燒反應(yīng)中捕獲自由基，干擾燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

不可燃?xì)怏w窒息。

當(dāng)阻燃劑被加熱時(shí)，它分解不可燃?xì)怏w，并將從可燃物分解的可燃?xì)怏w濃度稀釋到燃燒下限以下。同時(shí)可以稀釋燃燒區(qū)的氧氣濃度，阻止燃燒繼續(xù)進(jìn)行，達(dá)到阻燃效果。

絕大多數(shù)聚合物是由碳?xì)浠衔锖推渌亟M成的，它們是高度易燃的。燃燒過程是一個(gè)復(fù)雜的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程，會(huì)釋放出大量的熱能，造成直接破壞，迅速增加火勢(shì)。

五種常見阻燃劑。

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)的不斷發(fā)展，各種高分子材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，但火災(zāi)的危險(xiǎn)性和危害性卻大大增加。

高分子材料的阻燃處理是減少火災(zāi)的重要措施之一。如何提高高分子材料的阻燃性已成為世界各國科學(xué)家迫切需要解決的技術(shù)問題之一，也成為制約高分子材料進(jìn)一步發(fā)展的主要瓶頸。

開發(fā)新型聚合物阻燃添加劑以提高阻燃性能已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。

無機(jī)阻燃劑。

無機(jī)阻燃劑的阻燃效果主要是由于大比容填料的蓄熱導(dǎo)熱性能，使材料難以達(dá)到分解溫度，或者通過阻燃劑的熱分解吸收熱量，從而緩解或終止主材料的升溫過程。阻燃機(jī)理是加熱時(shí)釋放結(jié)晶水，蒸發(fā)分解釋放水蒸氣。

這個(gè)反應(yīng)過程需要吸收大量的燃燒熱能，從而大大降低了材料的表面溫度，大大降低了高分子材料熱分解燃燒的幾率。

鹵阻燃劑

鹵阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的一種有機(jī)阻燃劑，其用途主要是含溴和含氯阻燃劑。

鹵阻燃劑以有機(jī)物為主，與主要聚合物材料有較好的相容性，作為阻燃劑的鹵阻燃劑不會(huì)對(duì)聚合物材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響，此外，鹵阻燃劑雖然添加量較少，但能達(dá)到極好的阻燃效果。

鹵素阻燃劑含溴，包括脂肪族、脂環(huán)族、芳香族等含溴化合物，常見的是十溴二苯醚、十溴二苯乙烷和四溴雙酚A等，其中以氯化石蠟為主。

溴和氯的阻燃機(jī)制類似：在高溫下，鹵制阻燃劑中的鹵鍵可被切斷，釋放出鹵素自由基，并能有效地捕獲聚合物材料由于受熱降解而形成的自由活性自由基，這可有效地降低自由基的濃度，從而減輕或終止燃燒的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

鹵系阻燃劑分解后釋放的鹵化氫具有不易燃燒的特性，能有效地阻隔氧氣，同時(shí)又能抑制燃燒反應(yīng)。

但是，一旦加入鹵系阻燃劑的聚合物燃燒，必然會(huì)產(chǎn)生大量的鹵化氫氣體，這種氣體具有毒性和腐蝕性，同時(shí)又極易吸收空氣中的水分，形成強(qiáng)腐蝕性的氫鹵酸，并伴隨有大量的煙氣，這些煙氣、有毒氣體和腐蝕性氣體對(duì)人體有害，同時(shí)也給滅火、撤離和恢復(fù)工作造成很大障礙。

經(jīng)處理的AI(OH)3型阻燃劑。

氫氧化鋁又稱三水化氧化鋁(ATH)，分子式為Al(OH)3，是最早出現(xiàn)的一種無機(jī)阻燃劑，它能與多種物質(zhì)協(xié)同作用，且無毒、無腐蝕。

氫氧化鋁阻燃劑目前占無機(jī)阻燃劑使用總量的80%以上，廣泛應(yīng)用于高分子塑料制品中。添加氫氧化鋁可降低高分子材料中可燃聚合物的濃度。

高聚物加熱(約250℃)后，氫氧化鋁發(fā)生脫水反應(yīng)，吸收大量熱能，有效地抑制高聚物的升溫。在此過程中，分解產(chǎn)生的水蒸氣能稀釋燃燒產(chǎn)生的可燃?xì)怏w和氧氣濃度，抑制燃燒蔓延。

另一種金屬氧化物Al2O3(Al2O3)由于具有較高的催化活性，能夠催化聚合物的熱交聯(lián)反應(yīng)，因此在聚合物表面形成一層致密的碳化薄膜，能有效地減緩其燃燒時(shí)的傳熱作用，因而具有阻燃作用。

氧化鋁粉還可以吸附顆粒，起到抑塵作用。一般而言，氫氧化鋁加入量越大，阻燃效果越好，但填充量過大會(huì)使聚合物材料的強(qiáng)度等性能明顯下降。

氫氧化鋁還有另外一個(gè)缺點(diǎn)，即分解溫度較低，在245℃~320℃之間會(huì)發(fā)生脫水反應(yīng)，所以添加阻燃型強(qiáng)氧化鋁也限制了聚合物材料的加工溫度。

磷系阻燃劑

依據(jù)磷系阻燃劑的組成和性質(zhì)，可將磷系阻燃劑分為無機(jī)磷系阻燃劑和有機(jī)磷系阻燃劑。

而紅磷、磷酸銨、聚磷酸銨等無機(jī)磷系阻燃劑，有機(jī)磷阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯等。磷系阻燃劑同樣是一種高效、穩(wěn)定、應(yīng)用十分廣泛的阻燃劑，其阻燃機(jī)理主要是形成隔膜，從而達(dá)到阻燃效果。

有兩種不同的方式形成隔離膜：

對(duì)含氧聚合物的阻燃作用：阻燃劑的熱降解產(chǎn)物可促進(jìn)聚合物表面的快速脫水碳化，從而形成碳化層。因?yàn)閱钨|(zhì)碳不進(jìn)行蒸發(fā)燃燒和分解燃燒而產(chǎn)生火焰，所以具有阻燃作用。

內(nèi)源性化學(xué)反應(yīng)是由含磷化合物熱分解產(chǎn)生的最終產(chǎn)物聚偏磷酸，它是一種強(qiáng)脫水劑。

磷系阻燃劑在燃燒溫度下分解為不易揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì)，它可以包裹在聚合物表面，而這種致密的保護(hù)層可以作為隔離層。

在火災(zāi)初期，有機(jī)磷阻燃劑起作用的階段主要是聚合物材料的分解階段。

其可促進(jìn)聚合物材料的脫水炭化，因此聚合物材料不會(huì)產(chǎn)生易燃?xì)怏w，而且由于不揮發(fā)性磷化合物可作為凝結(jié)劑，使碳化物形成保護(hù)性炭膜，隔離外部空氣和熱量。

硅系阻燃劑

硅系阻燃劑包括無機(jī)硅和有機(jī)硅，其中無機(jī)硅主要有二氧化硅、硅膠、硅酸鹽和滑石粉等，這類阻燃劑通常用于填充材料；有機(jī)硅阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑，也是一種成炭抑煙劑，主要指有機(jī)硅樹脂、聚硅氧烷(硅油、硅樹脂、硅橡膠及多種硅氧烷共聚物等)、聚硅烷等，其中聚硅氧烷是發(fā)展最快的。

其阻燃機(jī)制主要表現(xiàn)為凝結(jié)相阻燃機(jī)制，即通過生成裂化碳層和提高其抗氧化性能來實(shí)現(xiàn)阻燃。

加入有機(jī)硅阻燃劑后，有機(jī)硅阻燃劑大部分會(huì)遷移到材料表面，在高溫下發(fā)生反應(yīng)，在聚合物表面形成一層含碳硅酸鹽薄膜，可延緩或阻止可燃?xì)怏w逸出和自由基的生成。

此外，阻燃劑還能促進(jìn)聚合物的成碳作用，從而降低聚合物的降解速率，使其在高溫下不易發(fā)生熱分解。

而硅系阻燃劑受熱時(shí)也會(huì)發(fā)生熱分解反應(yīng)，這一過程需要吸收大量的熱量，從而可以使阻燃材料的加熱過程減緩或中止。