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膨胀型阻燃剂的阻燃机理
| 来源：邵君( 先生，国内国际部经理 ) 发布时间：2016-11-21 10:05:54 |
合成材料，特别是热塑性材料的易燃性导致了阻燃剂体系的发展。阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。无机阻燃剂同时具有阻燃和抑烟作用，燃烧时不产生有毒气体和腐蚀性气体，但添加量较大，故严重影响被阻燃材料的物理和机械性能及加工性能，国内外普遍采用固体颗粒的超微细化、表面活性处理、微胶囊化等方法改善其性能。
有机阻燃剂有卤系阻燃剂和磷系阻燃剂。卤系阻燃剂阻燃效果好，但起阻燃作用的ＨＸ是有毒的腐蚀性气体，将逐渐被淘汰;磷系阻燃剂毒性较低，但阻燃效率较低，为了提高其阻燃效果，采用磷-氮协同阻燃。
膨胀型阻燃剂（ＩＦＲ）系以磷、氮为主要组成的阻燃剂，它不含卤素，也不采用氧化锑作为协效剂，是一种阻燃效率高的环保型阻燃剂。２０世纪９０年代后膨胀型阻燃剂成为最为活跃的研究领域之一，也被公认为是实现阻燃剂无卤化很有希望的途径之一。
膨胀型阻燃剂的阻燃机理不断更新，国内学者普遍认为膨胀型阻燃体系一般由三个部分组成:酸源、炭源和气源。
酸源一般是无机酸或加热到一定温度后能形成无机酸的化合物，如磷酸、三氯氧磷、聚磷酸铵等;炭源也叫成炭剂，它是形成泡沫炭化层的基础，主要是一些含碳量高的多羟基化合物，如季戊四醇、淀粉等;气源也叫发泡源，常用的发泡源有三聚氰胺、双氰胺等。国外有些学者认为膨胀型阻燃剂由四个部分组成:粘合剂、炭化剂、炭化催化剂（酸源）和发泡剂。
膨胀型阻燃剂的阻燃机理为：当受热时酸源分解产生脱水剂，它能与成炭剂形成酯，酯然后脱水交联形成炭，同时发泡剂释放大量的气体帮助膨胀炭层。厚的炭层提高了聚合物表面与炭层表面的温度梯度，使聚合物表面温度较火焰温度低得多，减少了聚合物进一步降解释放可燃性气体的可能性，同时隔绝了外界氧的进入，因而在相当长的时间内可以对聚合物起阻燃作用。
为了深入研究膨胀型阻燃剂的阻燃机理，克服以前对膨胀型炭层材料特性只研究４３０℃以内的阻燃体系，ＳｅｒｇｅＢｏｕｒｂｉｇｏｔ等通过微-拉曼光谱、１３Ｃ、１Ｈ、３１Ｐ的ＮＭＲ研究了聚磷酸铵-季戊四醇膨胀型阻燃体系４３０℃以上的固相谱图。当温度升高时，膨胀结构也在发生变化，２８０℃时主要是芳香族和脂肪族分子通过磷酸酯（盐）桥链接;随着温度升高，芳香族分子的浓度增大，５６０℃时芳香族分子基团占据主要地位，因此结构刚性增加，应力变形困难，在炭层中形成了Ｐ４Ｏ１０的晶体。高温膨胀现象炭化机理的研究为合成新的膨胀型阻燃剂及阻燃剂改性提供了理论指导。
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马志领等通过对ＩＦＲ的膨胀效果及应用于聚丙烯的阻燃效果研究发现，刚性结构的阻燃剂具有更好的阻燃效果，ＩＦＲ材料提高阻燃效果的关键是克服烧滴现象，提高膨胀效果。
新的改性膨胀型阻燃体系不断出现膨胀型阻燃剂自９０年代以来发展很快，国内外许多学者都对其作了大量的研究工作。
如徐加艳、胡源等认为膨胀型阻燃剂是实现阻燃材料向绿色化、环保型方向发展的一条有效途径。ＰＶＡ与含磷化合物组成的膨胀阻燃体系阻燃效果好，但由于磷酸、磷酸盐与ＰＶＡ共同使用时易发生凝结，使其水溶性遭到破坏，且易吸潮，表现出现盐碱现象。而磷酸酯不溶于水，不能与ＰＶＡ共同使用，使该体系的应用受到局限。
马志领、赵文革采用（β 氯乙基）磷酸酯酰氯以三氯甲烷为介质，通过脱ＨＣｌ发生酯化反应对ＰＶＡ进行接枝，得到阻燃ＰＶＡ，可单独使用，也可作为膨胀型阻燃剂与其他聚合物共混使用。
针对膨胀型阻燃剂炭层较脆和暴露在５００℃以上的空气中缓慢氧化影响其阻燃效果，ＢａｌｊｉｎｄｅｒＫ．Ｋａｎｄｏｌａ等根据阻燃剂和纤维织物混合时的燃烧行为提出了通过物理和化学相容机理来形成纤维-炭层交联的增强型膨胀型炭层或称炭-键结构，这一结构具有极强的抗氧性，从而增强了阻燃效果，大大延缓了炭层氧化程度。
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