阻燃劑，賦予易燃聚合物難燃性的助劑

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出品：科普中國

製作：北極星創客團隊王華棟

監製：中國科學院計算機網路信息中心

上世紀50年代，隨著材料科技的爆發性發展，有機高分子材料開始廣泛的應用於生產和生活的各個領域。今天，高分子材料作為主要成分的塑料、橡膠、紡織品、塗料成為我們必不可少的生產元素，應用高分子材料製作的電器、餐具、交通工具等物品為我們的生活帶來極大便利的同時也帶來了不少的安全隱患。

由於高分子材料的氧指數較低，含氧量達21%的空氣就足以滿足多數高分子材料燃燒條件。此外，高分子材料燃燒時釋放煙塵和有毒氣體，不僅危害人體健康，而且會造成環境的污染。為了降低高分子材料的可燃性，防止火災發生，阻燃劑應運而生。阻燃劑，顧名思義，就是可以用以阻止材料可燃性，即阻止材料被引燃且抑制火焰傳播的助劑。

阻燃劑的成分構成及阻燃機理

阻燃劑的種類有很多，按成分大體可以分成有機阻燃劑和無機阻燃劑兩類。其中有機阻燃劑包括鹵系阻燃劑、磷-氮型阻燃劑、有機磷系阻燃劑、有機硅系阻燃劑等。我們就阻燃劑的阻燃機理選取幾類進行介紹。

鹵系阻燃劑是有機阻燃劑中一個重要成員，它的主要成分是鹵素有機物。在高溫條件下高分子降解產生的自由基是維持有機物燃燒的因素，而鹵系阻燃劑在受熱分解時產生的鹵化氫（HX）氣體可以捕捉自由基，從而達到阻止火焰擴散的目的。此外，鹵化氫本身不能燃燒而且密度比空氣大，在高分子材料表面形成一層氣體屏障，阻隔高分子材料與氧氣的接觸。

磷-氮型阻燃劑以磷、氮為主要元素。這類阻燃劑又稱為膨脹型阻燃劑，原因是這類阻燃劑在受熱時，表面能夠生產一層均勻的碳質泡沫層，起到隔離熱、氧的作用。膨脹型阻燃體系一般由酸源(脫水劑)，碳源(成炭劑)和氣源(氮源、發泡源)三個部分組成。受熱後，由酸源放出能酯化多元醇和可作為脫水劑的無機酸；溫度進一步升高，無機酸與多元醇(碳源)發生反應生成酯類，並且處於粘稠的熔融狀態。反應過程中產生的水蒸氣和由氣源產生的不燃性氣體使已處於熔融狀態的體系膨脹發泡，與此同時，多元醇和酯脫水炭化，形成無機物及炭殘留物，隨著溫度升高和反應的進行，體系膠化和固化，最後形成多孔的碳質泡沫層。

無機阻燃劑主要有可膨脹石墨、氫氧化物、紅磷或聚磷酸鹽等，一般情況下是幾種不同無機物混合使用。在高溫下，膨脹石墨迅速膨脹，該高聚物表面形成堅韌的碳層，可以將可燃物與熱源隔開；氫氧化物受熱吸收大量熱量而放出水蒸氣，稀釋可燃氣體，同時生成耐火金屬氧化物；紅磷或聚磷酸鹽燃燒生成聚偏磷酸玻璃體，可以覆蓋在燃燒體表面形成保護膜，同時形成的磷酸有很強的脫水性，可以將聚合物碳化形成碳隔離層。

綜上可以發現，阻燃劑的作用可以歸納為（1）吸收燃燒所放出的熱量，（2）釋放不能燃燒氣體，稀釋、隔離可燃和助燃氣體，（3）生產與有機物自由基其反應的成分，（4）形成固體隔離層。

對人體和環境的影響

阻燃劑的應用被看做是防止火災的有效途徑，但是阻燃劑對環境和人類的危害是不可忽視的。含有某些阻燃劑的物品會逐漸釋放出有毒化學物質融入到水、空氣中。這些有毒化學物質被人體吸收後，可以長期積聚在人體內，擾亂人體的神經、內分泌、免疫等系統，特別值得注意的是，孕婦如果過量接觸這些有毒物質，會導致新生兒出生體重過低、智力低下、行為能力受損等。此外，有些阻燃劑在燃燒時，會產生大量的煙霧以及有毒、有害、腐蝕性氣體，造成「二次災害」。

前景展望

阻燃劑對於環境的危害，使得世界各國紛紛出台相應的法律法規限制助燃劑的使用量。目前我國出台了《塑料家具有害物質限量標準》(GB28481-2012)，對多溴聯苯和多溴二苯醚的使用做出了每Kg不得超過1g的規定。

近年來，隨著人們對防火安全的重視和對阻燃要求的日益提高，阻燃劑行業得到迅猛發展。而越來越高的生活環境要求以及愈來愈嚴格的阻燃標準和環保法規將是阻燃劑行業面臨的巨大挑戰。因此,在提高阻燃性能的同時，開發和生產環境友好型阻燃劑，提高阻燃劑的成碳性，是阻燃劑行業發展的新思路。同時，推進阻燃劑生產、使用的法律化和標準化，也是規範阻燃劑行業的必要途徑。

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