聚合物的燃燒是一個(gè)非常激烈復(fù)雜的熱氧化反應(yīng)，具有冒發(fā)濃煙或熾烈火焰的特征。燃燒的一般過(guò)程是在外界熱源的不斷加熱下，聚合物先與空氣中的氧發(fā)生自由基鏈?zhǔn)浇到夥磻?yīng)，產(chǎn)生揮發(fā)性可燃物，該物達(dá)到一定濃度和溫度時(shí)就會(huì)著火燃燒起來(lái)，燃燒所放出的一部分熱量供給正在降解的聚合物，進(jìn)一步加劇其降解，產(chǎn)生更多的可燃性氣體，火焰在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)迅速蔓延而造成一場(chǎng)大火。

阻燃劑是一類(lèi)能夠阻止塑料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。根?jù)其使用方法可分為添加型和反應(yīng)型兩類(lèi)，添加型阻燃劑是在塑料的加工過(guò)程中摻入塑料中，多用于熱塑性塑料。反應(yīng)型阻燃劑是在聚合物合成過(guò)程中作為單體化學(xué)鍵合到聚合物分子鏈上，多用于熱固性塑料，有些反應(yīng)型阻燃劑也可用作添加型阻燃劑。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)，陽(yáng)燃劑又可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類(lèi)，在這些化合物中多含有鹵素和磷，有的含有餅、硼、鋁等元素。

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1.阻然劑的阻燃效應(yīng)

阻燃劑的阻燃作用就是在聚合物材料的燃燒過(guò)程中能阻止或抑制其物理或化學(xué)變化的速度，具體說(shuō)來(lái)，這些作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）吸熱效應(yīng)其作用是使高聚物材料的溫度上升發(fā)生困難，例如，硼砂具有10個(gè)分子的結(jié)晶水，由于釋放出結(jié)水要奪取141.8kJ/mol熱量，因其吸熱而使材料的溫度上升受到了抑制，從而產(chǎn)生阻燃效果。水合氧化鋁的阻燃作用也是因其受熱脫水產(chǎn)生吸熱效應(yīng)的緣故。另外，一些熱塑性聚合物裂解時(shí)常產(chǎn)生的熔滴，因能離開(kāi)燃燒區(qū)移走反應(yīng)熱，也能發(fā)揮一定的阻燃效果。

（2）覆蓋效應(yīng)其作用是在較高溫度下生成穩(wěn)定的覆蓋層，或分解生成泡沫狀物質(zhì)，覆蓋于高聚物材料的表面，使燃燒產(chǎn)生的熱量難以傳入材料內(nèi)部，使高聚物材料因熱分解而生成的可燃性氣體難于逸出，并對(duì)材料起隔絕空氣的作用，從而抑制材料裂解，達(dá)到阻燃的效果。如磷酸酯類(lèi)化合物和防火發(fā)泡涂料等可按此機(jī)理發(fā)揮作用。

（3）稀釋效應(yīng)此類(lèi)物質(zhì)在受熱分解時(shí)能夠產(chǎn)生大量的不燃性氣體，使高聚物材料所產(chǎn)生的可燃性氣體和空氣中氧氣被稀釋而達(dá)不到可燃的濃度范圍，從而阻止高漿物材料的發(fā)火燃燒。能夠作為稀釋氣體的有C02,NH3，HC1和H20等。磷酸胺、氯化膠、碳酸胺等加熱時(shí)就能產(chǎn)生這種不操性氣體。

（4）轉(zhuǎn)移效應(yīng)其作用是改變高聚物材料熱分解的模式，從而抑制可燃性氣體的產(chǎn)生。例如，利用酸或堿使纖維素產(chǎn)生脫水反應(yīng)而分解成為炭和水，因?yàn)椴划a(chǎn)生可燃性氣體，也就不能著火燃燒。氯化胺、磷酸胺、磷酸酯等能分解產(chǎn)生這類(lèi)物質(zhì)，催化材料稠環(huán)炭化，達(dá)到阻燃目的。

（5）抑制效應(yīng)（捕捉自由基），高聚物的燃燒主要是自由基連鎖反應(yīng)，有些物質(zhì)能捕捉燃燒反應(yīng)的活性中間體H0·、H·、·0·、H00·等，抑制自由基連鎖反應(yīng)，使燃燒速度降低直至火焰熄滅。常用的溴類(lèi)、氯類(lèi)等有機(jī)鹵素化合物就有這種抑制效應(yīng)。

（6）增強(qiáng)效應(yīng)（協(xié)同效應(yīng)）有些材料，若單獨(dú)使用并無(wú)阻燃效果或阻燃效果不大，多種材料并用就可起到增強(qiáng)阻燃的效果。三氧化二錦與鹵素化合物并用，就是最為典型的例子。其結(jié)果是，不但可以提高阻燃效率，而且阻燃劑的用量也可減少。

2.阻燃機(jī)理

材料的阻燃性，常通過(guò)氣相阻燃、凝聚相阻燃及中斷熱交換阻燃等機(jī)理實(shí)現(xiàn)。抑制促進(jìn)燃燒反應(yīng)鏈增長(zhǎng)的自由基而發(fā)揮阻燃功能的屬氣相阻燃；在固相中延緩或阻止高聚物熱分解起阻燃作用的屬凝聚相阻燃；將聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量帶走而導(dǎo)致的阻燃，則屬于中斷熱交換機(jī)理類(lèi)的阻燃。但燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過(guò)程，涉及很多影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某一種是很難的，實(shí)際上很多阻燃體系同時(shí)以幾種阻燃機(jī)理起作用。

2.1氣相阻燃機(jī)理

氣相阻燃系統(tǒng)指在氣相中使燃燒中斷或延緩鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)的阻燃作用，下述幾種情況下的阻燃都屬于氣相阻燃。

（1）阻燃材料受熱或燃燒時(shí)能產(chǎn)生自由基抑制劑，從而使燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷。

（2）阻燃材料受熱或燃燒時(shí)生成細(xì)微粒子，它們能促進(jìn)自由基相互結(jié)合以中止鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)。

（3）阻燃材料受熱或燃燒時(shí)釋放出大量的惰性氣體或高密度蒸汽，前者可稀釋氧和氣態(tài)可燃物，并降低此可燃?xì)獾臏囟?，致使燃燒中止；后者則覆蓋于可燃?xì)馍希艚^它與空氣的接觸，因而使燃燒窒息?？蓳]發(fā)性、低沸點(diǎn)的含磷化合物，諸如三烷基氧化磷（R3PO），屬于氣相阻燃劑。質(zhì)譜分析表明，三苯基騰酸酯和三米基騰氧在火焰中裂解成自由基碎片，這些自由基像鹵化物一樣捕獲日·及0·游離基，從而起到抑制燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作用。 在紅磷的燃燒和裂解中，也形成Pr，它們和聚合物中的氧發(fā)生反應(yīng)生成磷酸酯結(jié)構(gòu)。此外，膨脹阻燃體系也可能在氣相中發(fā)揮作用，其中的胺類(lèi)化合物遇熱可分解產(chǎn)生NB、H20和NO，前兩種氣體可稀釋火焰區(qū)的氧濃度，后者可使燃燒賴(lài)以進(jìn)行的自由基淬滅，致使鏈反應(yīng)終止。

2.2凝聚相阻燃機(jī)理

這是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產(chǎn)生的阻燃作用，下述幾種情況的阻燃均屬于凝聚相阻燃。

（1）阻燃劑在凝聚相中延緩或阻止可產(chǎn)生可燃?xì)怏w和自由基的熱分解。

（2）阻燃材料中比熱容較大的無(wú)機(jī)填料，通過(guò)蓄熱和導(dǎo)熱使材料不易達(dá)到熱分

（3）阻燃劑受熱分解吸熱加組加上抽升減緩或中止。

（4）阻燃材料燃燒時(shí)在其表面生成多孔炭層，此層難燃、隔熱、隔氧，又可阻止可燃?xì)膺M(jìn)入燃燒氣相，致使燃燒中為維持繼續(xù)燃燒，必須具有足夠的氧氣和可燃性氣體混合物。如果熱裂解生成的自由基被截留而消失，燃燒就會(huì)減慢或中斷。

含有有機(jī)溴化物作阻燃劑的阻燃熱塑性塑料發(fā)生燃燒時(shí)，存在以下反應(yīng)。

RH-R·+H·鏈引發(fā)

HO·+C0-C02H·鏈增長(zhǎng)（高度放熱反應(yīng)）

H·+02=HO·+0·鏈支化

0·+Br=HO·一+Br·鏈轉(zhuǎn)移

H0·HBr=H20+Br·鏈終止具有高度反應(yīng)性的H0·自由基在燃燒過(guò)程中起關(guān)鍵作用。當(dāng)H0·被反應(yīng)性較差的Br·取代時(shí)，自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就發(fā)生終止。

2.3中斷熱交換阻燃機(jī)理

這是指將阻燃材料燃燒產(chǎn)生的部分旅帶走，致使材料不能維持熱分解溫度，因而不能維持產(chǎn)生可燃?xì)怏w，于是燃燒自熄。例如，當(dāng)阻燃材料受強(qiáng)熱或燃燒時(shí)可熔化，而熔融材料易滴落，因而將大部分熱量帶走，減少了反饋至本體的熱量，致使燃燒延緩，最后可能終止燃燒。所以，易熔融材料的可燃性通常都較低，但滴落的灼熱液滴可引燃其他物質(zhì)，增加火災(zāi)危險(xiǎn)性。

3、幾種典型阻燃劑的阻燃機(jī)理

3.1鹵系阻燃劑

鹵系阻燃劑包括溴系和氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機(jī)阻燃劑之一。在鹵系阻燃劑中大部分是溴系阻燃劑。工業(yè)生產(chǎn)的浪系陽(yáng)燃劑可分為添加型、反應(yīng)型及高聚物型三大類(lèi)，而且品種繁多。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上現(xiàn)有20種以上的添加型澳系阻燃劑，10種以上的高分子型澳系陽(yáng)燃劑，20種以上的反應(yīng)型澳系阻燃劑。添加型的阻燃劑主要有十溴二苯醚（DBDPO）.四溴雙酚A雙（2.3一二烷丙基）醚（TBAB）、八溴二苯醚（0BDPO）等；反應(yīng)型阻燃劑主要有四溴雙酚A（TBBPA)，2，4，6-三溴苯酚等；高分子型阻燃劑主要有溴化聚苯乙烯、溴化環(huán)氧、四溴雙酚A碳酸酯齊聚物等。溴系阻燃劑之所以受到青睞，其主要原因是它的阻燃效率高，而且價(jià)格適中。由于C-Br鍵的鍵能較低，大部分溴系阻燃劑的分解溫度在200℃-300℃，此溫度范圍正好也是常用累合物的分解溫度范圍。所以在高聚物分解時(shí)，溴系阻燃劑也開(kāi)始分解，并能捕提高分子材料分解時(shí)的自由基，從而延緩或抑制然燒鏈的反應(yīng)，同時(shí)釋放出的Br本身是一種難燃?xì)怏w，可以商蓋在材料的表面，起到阻隔與稀釋氧氣濃度的作用。這類(lèi)陽(yáng)燃劑無(wú)不例外的與錯(cuò)系（三氧化二錦或五氧化二鋪）復(fù)配使用，通過(guò)協(xié)同效應(yīng)使阻燃效果得到明顯提高。

鹵系阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮阻燃作用，因?yàn)樯袒锓纸猱a(chǎn)生的商化氫氣休，是不燃性氣體，有稀釋效應(yīng)，它的比重較大，形成一層氣膜，覆蓋在高分子材料固相表面，可隔絕空氣和熱，起覆蓋效應(yīng)，更為重要的是，肉化氫能抑制高分子材料燃燒的連鎖反應(yīng)，起清除自由基的作用。以澳化物為例，其抑制自山基連鎖反應(yīng)的機(jī)理如下：

含澳阻燃劑→Br·

Br·+RH-R·+Br

HO·+HBr=H20+Br·

高分子材料中加入的含演阻燃劑，遇火受熱發(fā)生分解反應(yīng)，生成自由基Br它又與高分子材料反應(yīng)生成溴化氫，溴化氫與活性很強(qiáng)的0H·自由基反應(yīng)，一方面使得Br再生，一方面使得0H·自由基的濃度減少，使燃燒的連鎖反應(yīng)受到抑制，燃燒速度減慢，直至熄滅。

但是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于這些材料的分解和燃燒產(chǎn)生大量的煙塵和有毒腐蝕性氣體造成“二次災(zāi)害”，且燃燒產(chǎn)物（鹵化物）具有很長(zhǎng)的大氣壽命，一旦進(jìn)入大氣很難去除，嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境，破壞臭氧層。另外，多漢二苯底阻燃的高分子材料的燃燒及裂解產(chǎn)物中含有有毒的多溴代二苯并二惡烷（PBDD）及多測(cè)代二苯并呋響（PBDF）。194年9月，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局評(píng)價(jià)證明了這些物質(zhì)對(duì)人和動(dòng)物是致毒物質(zhì)。

3.2磷及磷化合物的阻燃機(jī)理

磷及磷化合物很早就被用作阻燃劑使用，對(duì)它的阻燃機(jī)理研究得也較早，起初發(fā)現(xiàn)使用含磷阻燃劑的材料燃燒時(shí)會(huì)生成很多焦炭，并減少了可燃性發(fā)性物質(zhì)的生產(chǎn)量，燃燒時(shí)阻燃材料的熱失重大大降低，但阻燃材料燃燒時(shí)的煙密度比未阻燃時(shí)增加。根據(jù)上面的事實(shí)提出了一些阻燃機(jī)理。從磷化合物在不同反應(yīng)區(qū)內(nèi)所起阻燃作用可分為凝聚相中阻燃機(jī)理和蒸汽相中阻燃機(jī)理，有機(jī)磷系阻燃劑

在凝聚相中發(fā)揮阻燃作用，其阻燃機(jī)理下：

在燃燒時(shí)，磷化合物分解生成磷酸的非燃性液態(tài)膜，其沸點(diǎn)可達(dá)300℃。同時(shí)，磷酸又進(jìn)一步脫水生成偏磷酸，偏磷酸進(jìn)一步聚合生成聚偏磷酸。在這個(gè)過(guò)程中，不僅由磷酸生成的覆蓋層起到覆蓋效應(yīng)，而且由于生成的聚偏磷酸是強(qiáng)酸，是很強(qiáng)的脫水劑，使聚合物脫水而炭化，改變了聚合物燃燒過(guò)程的模式并在其表面形成碳膜以隔絕空氣，從而發(fā)揮更強(qiáng)的阻燃效果。

磷系阻燃劑的阻燃作用主要體現(xiàn)在火災(zāi)初期的高聚物分解階段，因其能促進(jìn)聚合物脫水發(fā)化，從而減少聚合物因熱分解而產(chǎn)生的可燃性氣體的數(shù)量，并且所生成的碳膜還能隔絕外界空氣和熱。通常，磷系阻燃劑對(duì)含氧聚合物的作用效果最佳，主要被用在含羥基的纖維素、聚氨酯、聚酯等聚合物中。對(duì)于不含氧的烴類(lèi)聚合物，磷系阻燃劑的作用效果就比較小。

含磷阻燃劑也是一種自由基捕獲劑，利用質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)，任何含磷化合物在聚合物燃燒時(shí)都有PO·形成。它可以與火焰區(qū)域中的氫原子結(jié)合，起到抑制火焰的作用。另外，磷系阻燃劑在阻燃過(guò)程中產(chǎn)生的水分，一方面可以降低凝聚相的溫度，另一方面可以稀釋氣相中可燃物的濃度，從而更好地起到阻燃作用。

3.3無(wú)機(jī)阻燃劑的阻燃機(jī)理

無(wú)機(jī)阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、脹石黑、硼酸鹽、草酸鋁和硫化管為基的阻燃劑。氫氧化鋁和氫氧化鎂是無(wú)機(jī)阻然劑的主要品種，它具有無(wú)毒性和低煙等特點(diǎn)它們由于受熱分解吸收大量燃燒區(qū)的熱量，使燃燒區(qū)的溫度降低到燃燒臨界溫度以下燃燒自熄；分解后生成的金屬氧化物多數(shù)熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、搜蓋于燃燒固相表面阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射，從而起到阻燃作用。同時(shí)分解產(chǎn)生大量的水蒸氣，可稀釋可燃?xì)怏w，也起到阻燃作用。水合氧化鋁有熱穩(wěn)定性好，在300℃下加熱2h可轉(zhuǎn)變?yōu)锳10（OH），與火焰接觸后不會(huì)產(chǎn)生有害的氣體，并能中和聚合物熱解時(shí)釋放出的酸性氣體，發(fā)煙量少，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而它成為無(wú)機(jī)阻燃劑中的重要品種。水合氧化鋁受熱釋放出化學(xué)上結(jié)合的水，吸收燃燒熱量，降低燃燒溫度。在發(fā)揮阻燃作用時(shí)，主要是兩個(gè)結(jié)晶水起作用，另外，失水產(chǎn)物為活性氧化鋁，能促進(jìn)一些聚合物在燃燒時(shí)稠環(huán)炭化，因此具有凝聚相阻燃作用。從該機(jī)理可知使用水合氧化鋁作阻燃劑，添加量應(yīng)較大。

鎂元素阻燃劑主要品種為氫氧化鎂，是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)發(fā)的一種阻燃劑，它在340℃左右開(kāi)始進(jìn)行吸熱分解反應(yīng)生成氧化鎂，在423C下失重達(dá)最大值，490℃下分解反應(yīng)終止。從量熱法得知，其反應(yīng)吸收大量熱能（44.8KJ/mol)，生成的水也吸收大量熱能，降低溫度，達(dá)到阻燃。氫氧化鎂的熱穩(wěn)定性和抑煙能力都比水合氧化鋁好，但由于氫氧化鎂的表面極性大，與有機(jī)物相容性差，所以

需要經(jīng)過(guò)表面處理后才能作為有效的阻燃劑。另外，它的熱分解溫度偏高，適宜熱固性材料等分解溫度較高的聚合物的阻燃。

在高溫下，可膨脹石黑中的嵌入層受熱易分解，產(chǎn)生的氣體使石黑的層間距迅速擴(kuò)大到原來(lái)的幾十倍至幾百倍。當(dāng)可膨脹石黑與高聚物混合時(shí)，在火焰的作用下，可在高聚物表面生成堅(jiān)韌的炭層，從而起到阻燃作用。 硼酸鹽阻燃劑有硼砂、側(cè)酸和硼酸鋅。目前主要使用的是硼酸鋅。硼酸鋅在300℃開(kāi)始釋放出結(jié)晶水，在鹵素化合物的作用下，生成鹵化硼、鹵化鋅，抑制和捕獲游離的羥基，阻止燃燒連鎖反應(yīng)；同時(shí)形成固相覆蓋層，隔絕周?chē)难鯕?，阻止火焰繼續(xù)燃燒并具有抑煙作用。硼酸鋅可以單獨(dú)使用，也可與其它阻燃劑復(fù)配使用。目前，主要產(chǎn)品有細(xì)粒硼酸鋅、耐熱硼酸鋅、無(wú)水硼酸鋅和高水硼酸鋅。草酸錯(cuò)是領(lǐng)氧化繼衍生的結(jié)晶狀物，堿含量低。含有草酸鉆的高漿物燃燒時(shí)，放出20，00及002，而不生廢腐蝕性氣體，華酸鍋還能降低煙密度和生煙速度。 由于草酸錯(cuò)的堿含旅低，所以用其阻燃的電線。電纜的包器料時(shí)，不影響材料的電氣性能。

現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)的5種以硫化例為基的阻燃劑，其中4種用于硬質(zhì)PVC，另一種可用子軟質(zhì)PVC，影烯徑和尼龍。這類(lèi)州燃劑可提高材料的抗老化性能，且與玻纖有好的相容性和提高漿烯能的熱德定性。

3.4阻燃劑混行使用的協(xié)問(wèn)閉燃機(jī)彈

含阻燃劑與含磷州燃劑配合使用能產(chǎn)生顯著的協(xié)同效應(yīng)。對(duì)于肉-磷阻燃協(xié)同應(yīng)，人們提出-磷配合使用能互相促進(jìn)分解，并形成比單獨(dú)使用具有更強(qiáng)州燃發(fā)果的內(nèi)一磷化合物及其轉(zhuǎn)化物Br多。PBr·，P0Br3等。用裂解氣相色諧、關(guān)熱分析。差承掃描旅熱分析。氧指效測(cè)定、陽(yáng)燃劑程序升溫觀察等方法對(duì)肉一磷協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行的研究表明，-磷配合使用時(shí)陽(yáng)燃劑的分解溫度比單獨(dú)使用時(shí)略低，且分解非常劇烈，燃燒區(qū)的氟磷化合物及其水解產(chǎn)物形成的煙氣云團(tuán)能較長(zhǎng)時(shí)間選留在撥燒區(qū)，形成強(qiáng)大的氣相%離層。

關(guān)子磷一氨相互作用機(jī)理研究得不夠完善，一般認(rèn)為用氮化物（如尿、氛胺、版，從深版。藥單基三漿狐影等）能促進(jìn)磷能與纖維系的磷?；磻?yīng)。形成的磷般胺更易子纖維素步生成陷反應(yīng)，這種臨的熱穩(wěn)定性較磷酸酯的熱穩(wěn)定性好。磷氮州燃體系能保供粉類(lèi)在較低溫度下分解形成焦炭和水，并增加怎炭殘留物生產(chǎn)旅，從而提高州微發(fā)果。磷化物和氮化物在高溫下形成膨脹性集層，它起著%熱州氧保護(hù)層的作用，含氨化合物起著發(fā)濃劑和集炭增強(qiáng)劑的作用?；驹胤治龅弥瑲埩粑镏袝?huì)氨，員。氣三將元條，它們?cè)诨鹬鴾囟认滦纬蔁岱€(wěn)定佳的無(wú)定形物，猶如玻璃體，作為纖維素的一個(gè)絕熱保護(hù)層。

三氧化二錦不能單獨(dú)作為阻燃劑（含鹵聚合物除外），但與鹵類(lèi)阻燃劑并用則有很大的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)。這是因?yàn)槿趸鹪邴u化物存在的情況下，燃燒時(shí)所生成的SbC13，SbBr3等鹵化銷(xiāo)的相對(duì)密度很大，覆蓋在聚合物表面起覆蓋效應(yīng)，并且在氣態(tài)時(shí)也有捕捉自由基的作用。例如，三氧化二佛與氯類(lèi)阻燃劑并用時(shí)，由于氯化物受熱而分解出氯化氫，氯化氫和三氧化二佛反應(yīng)生成三氯化佛和氯氧化悌，氯氧化錦受熱分解繼續(xù)生成三氯化餅。

水合硼酸鋅與鹵系阻燃劑配合使用具有良好的協(xié)同效應(yīng)。在燃燒條件下，它們及其裂解產(chǎn)物之間通過(guò)相互作用，幾乎能使所有阻燃元素都能發(fā)揮阻燃作用。水合硼酸鋅與鹵系阻燃劑反應(yīng)生成二鹵化鋅和三鹵化硼，它們能在氣相中捕獲H0.、H.，在固相中形成玻璃狀隔離層，隔熱，隔氧，生成的水稀釋燃燒區(qū)的氧并帶走反應(yīng)熱，因此能發(fā)揮較大的阻燃作用。

3.5膨脹體系的阻燃機(jī)理

膨賬型阻燃體系主要成分可分為酸源、碳源、氣源三個(gè)部分。酸源一般為無(wú)機(jī)酸或加熱至100-250℃時(shí)生成無(wú)機(jī)酸的化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、各種磷酸銨鹽、磷酸酯和硼酸鹽等；碳源（成炭劑）是形成泡沫炭化層的基礎(chǔ)，一般為富碳的多羥基化合物，如淀粉、季戊四醇和它的二聚物、三聚物以及含有輕基的有機(jī)樹(shù)脂等；氣源（發(fā)泡源）多為胺或酰胺類(lèi)化合物，如三聚氟胺、雙氟胺、聚磷酸胺等。

膨脹體系成炭的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素眾多。聚合物主體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理特性、膨脹阻燃劑的組成、燃燒和裂解時(shí)的條件（如溫度和氧含量）、交聯(lián)的反應(yīng)速率等等諸多因素都會(huì)對(duì)膨脹成炭的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。而膨脹炭層的熱保護(hù)效應(yīng)不僅取決于焦炭產(chǎn)量、炭層高度、炭層結(jié)構(gòu)、保護(hù)炭層的熱穩(wěn)定性，也取決于炭層的化學(xué)結(jié)構(gòu)，尤其是環(huán)狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)增加了熱穩(wěn)定性，此外還有化學(xué)鍵的強(qiáng)度以及交聯(lián)鍵的數(shù)量。

普遍認(rèn)為膨脹體系的阻燃機(jī)理為凝聚相阻燃，首先聚磷酸胺受熱分解，生成具有強(qiáng)脫水作用的磷酸和焦磷酸，使季戊四醇酯化，進(jìn)而脫水炭化，反應(yīng)形成的水蒸汽及三聚氟胺分解的氨氣使炭層膨脹，最終形成一層多微孔的炭層，從而隔絕空氣和熱傳導(dǎo)，保護(hù)聚合物主體，達(dá)到阻燃目的。

膨脹型阻燃劑添加到聚合物材料中，必須具備以下性質(zhì)：熱穩(wěn)定性好，能經(jīng)受聚合物加工過(guò)程中200℃以上的高溫；由于熱降解要釋放出大量揮發(fā)性物質(zhì)，并形成殘?jiān)?，因而該過(guò)程不應(yīng)對(duì)膨脹發(fā)泡過(guò)程產(chǎn)生不良影響；該類(lèi)阻燃劑系均勻分布在聚合物中，在材料燃燒時(shí)能形成一層完全覆蓋在材料表面的膨脹炭質(zhì)；阻燃劑必須與被阻燃高聚物有良好的相容性，不能與高聚物和添加劑發(fā)生不良作用，不能過(guò)多惡化材料的物理、機(jī)械性能。膨脹型阻燃劑優(yōu)于一般的阻燃劑之處在于無(wú)鹵、無(wú)氧化餅：低煙、少毒、無(wú)腐蝕性氣體；膨脹阻燃劑生成的炭層可以吸附熔融著火的聚合物，防止其滴落傳播火災(zāi)。

3.6鐵鹽的阻燃機(jī)理

銨鹽的熱穩(wěn)定性較差，受熱時(shí)釋放出氮?dú)?，如（NHA）2504，其分解過(guò)程如下：

（NH4）2S04→NH4HSO4

NH4HS04→H2S04十NH81

釋放出的氮?dú)鉃殡y燃性氣體，它稀釋了空氣中氧；形成的H2S04起著脫水炭化催化劑的作用。通常認(rèn)為后一種作用是主要的。另外的實(shí)驗(yàn)表明，NB在火中還發(fā)生下列反應(yīng)：

NHB+02→N2+H20

并伴有深度氧化產(chǎn)物N204等，從中可看出NH8不僅有物理阻燃作用，而且還有化學(xué)阻燃作用。

3.7納米復(fù)合阻燃材料阻燃機(jī)理

納米復(fù)合材料單獨(dú)提出來(lái)，雖然都屬于復(fù)合阻燃，但其原理有點(diǎn)不同。納米復(fù)合材料是指將材料中的一個(gè)或多個(gè)組分以納米尺寸或分子水平地分散在另一個(gè)組分基體中，此研究只有十幾年的歷史。實(shí)驗(yàn)表明，因納米材料以超細(xì)的尺寸存在，所以各種類(lèi)型的納米復(fù)合材料的性能比其相應(yīng)的宏觀或微米級(jí)復(fù)合材料均有較大的改善，其中材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能也會(huì)較大幅度的提高。

某些鱗片狀無(wú)機(jī)物能夠在物理和化學(xué)的作用下碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，其片層間距一般在零點(diǎn)幾到幾個(gè)納米，它們不僅可以讓某些聚合物插層進(jìn)入納米尺寸的夾層空間中，形成“插層型納米復(fù)合材”，而且，無(wú)機(jī)夾層還會(huì)被聚合物撐開(kāi)形成長(zhǎng)徑比很大的單片狀無(wú)機(jī)物，均勻地分散在聚合物的基體中，形成“層離型納米復(fù)合材料”。利用多孔或?qū)訝顭o(wú)機(jī)化合物的特性，制備無(wú)機(jī)/聚合物納米復(fù)合材料，在熱分解和燃燒過(guò)程中，可能形成炭及無(wú)機(jī)鹽多層結(jié)構(gòu)，起到隔熱及阻止可燃?xì)怏w逸出的作用，使高聚物得以阻燃。另外，用無(wú)機(jī)/聚合物納米復(fù)合材料還具有防腐、防滲漏、耐磨耐候的作用。目前已在尼龍/粘上納米復(fù)合材料、PS/粘士納米復(fù)合材料、PET/粘土納米復(fù)合材料、PBT/粘上納米復(fù)合材料、PP/粘土納米復(fù)合材料等納米復(fù)合材料的研究方面取得了可喜的成績(jī)。

3.8有機(jī)硅阻燃劑

將硅酮化合物作為阻燃劑的研究始于20世紀(jì)80年代初期。1981年，Kamber等，發(fā)表關(guān)于聚碳酸酯與聚甲基硅氧烷共混，可使阻燃性能提高的研究報(bào)告。雖然有機(jī)硅阻燃劑的研究開(kāi)發(fā)落后于鹵系及磷系阻燃劑，但是，有機(jī)硅阻燃劑作為一類(lèi)新型的無(wú)鹵阻燃劑，以其優(yōu)異的阻燃性、成型加工性和環(huán)境友好而獨(dú)具風(fēng)采。有機(jī)硅阻燃劑有硅油、硅樹(shù)脂、帶功能團(tuán)的聚硅氧烷、聚碳酸酯一硅氧烷共聚物丙烯酸酯一硅氧烷復(fù)合材料以及硅凝膠等。以硅酮化合物阻燃的高分子材料，硅酮阻燃劑多半會(huì)遷移到材料的表面，形成表面為硅酮富集層的高分子梯度材料。一旦燃燒時(shí)，就會(huì)生成硅酮特有的、含有一Si-0鍵和一Si-C-鍵的無(wú)機(jī)隔熱絕緣保護(hù)層，既阻止了燃燒生成的分解成物外逸，又制了高分子材料的熱分解，達(dá)到了高阻燃化、低發(fā)煙量、低有害性的目的。目前開(kāi)發(fā)應(yīng)用的有機(jī)硅阻燃劑有美國(guó)DowCorning公司開(kāi)發(fā)并商品化的“D.C.RM”系列阻燃劑：日本NEC與GE東芝有機(jī)硅公司共同研究開(kāi)發(fā)的硅酮阻燃劑“XC-99-B6645”；還有美國(guó)GE公司開(kāi)發(fā)的SPR104有機(jī)硅樹(shù)脂等。