五、磷酸盐类阻燃剂(膨胀型阻燃剂)
简述膨胀型阻燃剂的现状
实验表明，阻燃剂必须与高聚物类型相匹配，才能有效地 发挥其阻燃功效，这种匹配特性包括其热行为、受热条件下形 成的物种及其它。
3 重要的膨胀型阻燃剂
表 1 高聚物所能承受的外部火焰温度与其表面焦炭层厚度关系表
焦炭层厚度（mm）
0.1
承受温度（℃）
342
1.0
2.7
10
743
1500
4600
1.2 膨胀型阻燃剂有三个基本要素
膨胀型阻燃剂有三个基本要素，即酸源、炭源和气源。
1.2.1 炭 源
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，如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙 二醇、酚醛树脂等。炭源在脱水剂和发泡剂的联合作用下，形成 具有多孔结构的炭质泡沫层。炭源和发泡剂则是协效剂膨胀型 阻燃剂主要碳源（成炭剂）、气源（发泡剂）组成。
引言
随着国民经济的不断发展，火灾的发生频率越来越高，造 成了极大的损失。随着科技的发展，有机材料得了广泛的应用， 新的阻燃剂层出不穷。在众多的阻燃剂品种中，膨胀性阻燃剂 具有阻燃效果好，用量少等优点，受到了人们的青睐。当添加了 膨胀阻燃剂的材料体系与火焰或其它点燃接触时，体系表面温 度超过 300℃时，阻燃剂通过化学反应在火焰与可燃基材之间 形成稳定的泡沫状炭层。膨胀型复合阻燃剂，具有阻燃效果好、 低烟、低毒、添加量少等优点，逐渐受到人们的关注，近几年来， 成为了消防材料研究最为活跃的领域之一。
表 4 性能表
ห้องสมุดไป่ตู้
外观 磷含量（%） 氮含量×100 堆积密度（kg·m-3）
膨胀型阻燃剂的阻燃机理
膨胀型阻燃剂的阻燃机理
膨胀型阻燃剂是一种常用于聚合物材料中的阻燃添加剂，其阻燃机理主要涉及以下几个方面：
膨胀作用：
膨胀型阻燃剂在受热条件下会发生膨胀反应，产生大量气体。
这些气体可以隔离氧气，降低聚合物与火源之间的接触，减少燃烧反应的发生。
热分解作用：
膨胀型阻燃剂在高温下会发生热分解反应，产生具有阻燃效果的气体和炭化物。
这些产物可以在燃烧过程中吸收热量，降低燃烧反应的温度，减缓火势的蔓延。
碱金属盐的催化作用：
膨胀型阻燃剂中通常含有碱金属盐，如氢氧化铝、磷酸铵等。
这些盐类在高温下可以催化燃烧反应中的焦炭生成，形成炭化层，隔离燃烧反应，起到阻燃的作用。
充填作用：
膨胀型阻燃剂可以作为填料填充在聚合物材料中，增加材料的密度，降低热传导和气体扩散速度。
这种充填作用可以有效减缓燃烧反应的传播速度。
综合上述机理，膨胀型阻燃剂通过膨胀作用、热分解作用、碱金属盐的催化作用和充填作用等多种方式，协同作用来减缓燃烧反应的发展和蔓延，提供阻燃保护。
这种阻燃机理有助于降低聚合物材料的燃烧速率和火灾危险性，提高材料的阻燃性能。
无味阻燃剂的主要成分
无味阻燃剂的主要成分
常见的无卤阻燃剂主要成分包括磷系、氮系、硅系无卤阻燃剂,以及氢氧化铝等。
无卤阻燃剂是一种不含卤素元素（如氯、溴、碘）的高性能阻燃剂，它们在火灾发生时不会释放有害的腐蚀性气体，因此也被称为无公害阻燃剂。
这类阻燃剂主要包括以下几种类型：
1.磷系化合物：如三嗪三酮化合物和三嗪三胺类化合物，这些化合
物燃烧时不挥发性，且不易产生腐蚀性气体。
2.金属氢氧化物：如氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌等无机阻燃剂，
它们同样具有较好的阻燃效果。
3.膨胀型阻燃剂：这类阻燃剂能够在高温下膨胀，从而阻碍火焰传
播。
4.硅系阻燃剂：以及一些特殊用途的阻燃剂。
无卤阻燃剂的优点在于它们的环保性和安全性，因为它们在使用过程中不会产生有害物质，如烟雾和毒性气体，这使得它们成为环境和人体健康安全的理想选择。
无卤阻燃剂广泛应用于电线电缆、电子元器件及精密仪器的防火保护中，能够提供低烟度、高氧指数和优良的难燃性特性。
阻燃剂的分类介绍
阻燃剂的分类介绍概述阻燃剂是一种化学物质，可以减少或防止材料燃烧，从而提高材料的耐火性能。
在工业生产中，阻燃剂经常被添加到各种材料中，如塑料、橡胶、合成材料等。
阻燃剂根据其化学组成和功能进行分类，在此，本文将介绍几种常见的阻燃剂类型。
磷系阻燃剂磷系阻燃剂是目前最为广泛使用的阻燃剂之一。
它包括有机磷系和无机磷系两类。
有机磷系阻燃剂是指含有磷元素的有机化合物，它们可以通过与物质中的氧、氮、热敏物质等相互作用，发挥阻燃作用。
无机磷系阻燃剂则指含有磷元素的无机化合物，主要用于纤维类材料中，在高温下，它们会分解产生氧化磷酸氢和磷酸酯，从而起到阻燃作用。
溴系阻燃剂溴系阻燃剂是一种广泛使用的阻燃剂，它可以通过吸收和捕获反应物，从而抑制气相反应或延缓燃烧速度。
溴系阻燃剂可以通过加强反应物的相互作用、增加分解温度等方式发挥阻燃作用。
溴系阻燃剂将溴元素引入材料中，可以大幅提高材料的耐火性能，但也可能带来其他环保问题。
氮系阻燃剂氮系阻燃剂是一种较新的阻燃剂，其作用机制主要是在燃烧时通过吸收、消耗和稀释火焰中的自由基，从而有效地抑制燃烧。
氮系阻燃剂包括大量的氮的含化合物，如氮磷系、氮硅系等。
与传统阻燃剂相比，氮系阻燃剂无溴、无磷，对环境的影响更小。
铝系阻燃剂铝系阻燃剂是一种常见的无机阻燃剂，其作用机理是通过在物质表面形成氧化铝膜，从而阻止燃烧反应的发生。
铝系阻燃剂常用于密封材料和结构材料等领域，可以显著提高材料的耐火性能和抗氧化性能。
其他阻燃剂除了上述几种常见的阻燃剂类型，还有一些其他的阻燃剂。
例如，硅酸盐阻燃剂是一种无机阻燃剂，可以通过形成防止材料燃烧的化学反应来发挥阻燃作用；膨胀型阻燃剂则可以通过在燃烧时释放出大量非燃性气体来遏制燃烧。
综上所述，不同种类的阻燃剂具有不同的作用机理和适用范围，工业生产中需要根据具体情况选择合适的阻燃剂，并考虑对环境的影响。
膨胀型阻燃剂及应用
膨胀型阻燃剂及应用膨胀型阻燃剂是一种能够在高温下膨胀产生阻隔效果的化学物质。
它主要由含氮的化合物组成，当受到高温作用时，化合物会分解产生气体，并且在分解过程中产生大量的灰炭，从而形成一层膨胀隔热层，阻止火焰蔓延。
膨胀型阻燃剂具有以下多种特点：首先，膨胀型阻燃剂的分解过程产生的气体能够使它膨胀成为多孔的泡沫状物质，并且这种物质具有较低的热导率，能够有效隔热。
其次，膨胀型阻燃剂产生的灰炭可以形成一层致密的隔热层，能够阻挡热量的传导和辐射，从而减缓火势的蔓延。
此外，膨胀型阻燃剂还具有绝热性能，它能够吸收空气中的热量，从而将火焰附近的温度降低。
最后，膨胀型阻燃剂还具有多孔结构，能够有效地吸附和排出有害气体，减少有毒物质的释放，保护环境和人体健康。
1.建筑材料：膨胀型阻燃剂被广泛应用于各种建筑材料中，如木材、塑料、绝缘材料等。
在火灾发生时，阻燃剂会迅速膨胀，形成一层隔热层，防止火势蔓延并保护建筑结构。
2.电子电器：许多电子产品和电器设备中都含有阻燃剂。
例如，手机、电视、电脑等设备的外壳通常都采用阻燃材料，以防止高温或电火花引起的火灾。
3.输电线缆：输电线缆中的阻燃剂起到防止电火花引起火灾的作用。
膨胀型阻燃剂在电火花产生时能够迅速膨胀，形成一层隔热层，防止火焰传播。
4.航空航天领域：在航空航天领域，因为飞行器在高温高速环境下飞行，所以使用阻燃剂尤为重要。
膨胀型阻燃剂被广泛应用于飞机内饰、燃料箱和发动机罩等部件中，以提高航空器的火灾安全性能。
综上所述，膨胀型阻燃剂是一种能够在高温下膨胀产生阻隔效果的化学物质，它在防止火焰蔓延、防止热量传导和辐射方面具有独特的优势。
它的应用领域广泛，包括建筑材料、电子电器、输电线缆和航空航天等领域。
通过使用膨胀型阻燃剂，可以提高材料和设备的抗火性能，降低火灾风险，保护生命财产安全。
膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃剂Spinflam MF82/PE和MF82/PP
Spinflame MF-82是意大利Montedison公司销售 的膨胀型阻燃剂，其特点是与Exolit IFR系列相似。 ①阻燃效率高，用量低，能使火焰很快自熄，且 不产生滴落； ②低烟、低毒，不释出腐蚀性气体； ③不产生对人体细胞诱变物； ④不迁移至被阻燃材料表面； ⑤被阻燃材料密度低； ⑥对被阻燃材料的机械性能、电气性能、抗紫外 线能力及加工性能影响较小。
Phos-Chekp/40与Spinflam组成的 膨胀型阻燃剂
Phos-Chekp/40是美国Monsanto公司销售的一种 磷系阻燃剂的商品牌号，其主要成分是聚磷酸铵 （APP）。 Spinflam 可作为 Phos-Chekp/40的协效剂以一定 比例混配成膨胀型阻燃剂，以保持阻燃剂中合理 的阻燃元素比。以这种阻燃剂阻燃的高聚物，具 有优异的阻燃性能，特别是密度低，且原基材的 主要物理性能仅略有下降。此外，它们燃烧时生 成的有毒气体和腐蚀性气体量很小，烟密度甚低。
性能
Exolit IFR-10 Exolit IFR-11 流散性粉末 19
外观 磷含量%
流散性粉末 20
分解点/℃
密度/g.cm3 平均粒径/μm
＞240
1.7 12
＞240
1.7 14
热质量损失0%(325)、50%(540)
应用 Exolit-10可用于PE、PP、TPU、EPDM及EVA， Exolit IFR-11可用物PP。与以脂环族氯化物或 DBDPO阻燃的PP相比，以Exolit-10阻燃的PP具 有较高的氧指数和低得多的平均燃烧时间，而且 生烟量与未阻燃的PP不相上下。该阻燃剂对阻燃 材料的物理-机械性能及电气性能的影响与常用溴 系阻燃剂相仿，抗拉强度降低10-20%，抗弯强度 提高约35%，抗弯模量提高50-150%，冲击强度 只为未阻燃材料的50%。
阻燃剂分类及各类典型介绍
阻燃剂分类及各类典型介绍阻燃剂分类及各类典型介绍阻燃剂分类及各类典型介绍一、目前常用的阻燃剂按不同的分类方法可以分成3大类，具体分类如下：二、各类典型的阻燃剂1、氯系阻燃剂近来，氯系阻燃剂已部分为溴系阻燃剂取代，氯系在整个阻燃剂的消耗量中有所下降。
A、氯化石蜡（C20H24Cl18~C24H29Cl21）含氯量50％的主要用作PVC塑料的辅助增塑剂；含氯量70％的主要用作阻燃剂。
B、氯化聚乙烯一类含氯35%-40%，另一类含氯68%，无毒。
可用于聚烯烃，ABS树脂等。
它本身是聚合材料，因此作为阻燃剂使用时和树脂体系相容性好，不影响塑料的物理机械性能，耐久性良好。
2、溴系阻燃剂A、四溴双酚A性质：灰白色粉末。
熔点180-184℃，沸点316℃（分解）。
用途：广泛用作反应型阻燃剂以制造含溴环氧树脂和含溴聚碳酸酯以及作为中间体合成其他复杂的阻燃剂，也作为添加型阻燃剂用于ABS、HIPS、不饱和聚酯、硬质聚氨酯泡沫塑料、胶黏剂以及涂料等。
既可作添加型阻燃剂，又可作为反应型阻燃剂。
关注艾邦高分子，回复“阻燃”查看更多文章B、十溴二苯醚性质：白色微细粉末，溶点为304-309℃，溴含量大约83.3%，几乎不溶于所有溶剂，5%热量失重时温度大于320℃，热稳定性好。
用途：添加型阻燃剂，用途广泛；可用于PE、PP、ABS树脂、环氧树脂、PBT树脂、硅橡胶、三元乙橡胶及PET、PA6等材料的阻燃剂。
其与Sb2O3并用阻燃效果更佳。
缺点是耐侯性差，容易黄变。
3、磷系阻燃剂磷系阻燃剂包括无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。
A、无机磷系阻燃剂红磷、聚磷酸铵（APP)、磷酸铵盐、磷酸盐及聚磷酸盐等。
阻燃机理：燃烧时生成磷酸、偏磷酸、聚偏磷酸等，覆盖于树脂表面，可促进塑料表面炭化成炭膜；聚偏磷酸则呈黏稠状液态覆盖于塑料表面。
这种固态或液态膜能阻止自由基逸出，又能隔绝氧气。
磷系与氮系及金属氢氧化物等阻燃剂都有协同作用，并用可产生协同阻燃和消烟效果。
含磷阻燃剂的类别介绍
卤素阻燃剂虽然具有高阻燃性，但存在环境污染及毒性等问题，而磷系阻燃剂除对苯乙烯和聚烯烃等几大类聚合物外是非常有效的阻燃剂，而且二次污染小，所以该阻燃剂受到人们的关注。
含磷化合物可作为热塑性塑料、热固性塑料、织物、纸张、涂料和胶粘剂等的阻燃剂。
此类阻燃剂包括红磷、水溶性的无机磷酸盐类、不溶性的聚磷酸铵、有机磷酸酯和膦酸酯类、氧化膦类、氢弹烃基磷酸酯类和溴芳烃基磷酸酯类。
磷酸铵类磷酸一铵（MAP）和磷酸二铵（DAP）仍是纤维与织物、无纺织物、纸张、木材等多种纤维素的有效阻燃剂。
它们能形成磷酸，使纤维素羟基酯化，所生成的纤维素分解成炭，改变了热降解历程，从而达到阻燃的目的。
它们易溶于水，故其阻燃性不能持久。
它是目前膨胀型阻燃剂主要成分之一。
红磷红磷作为阻燃剂，可用于含氧聚合物，例如PC，PET，PBT，PPE，其作为尼龙部件的阻燃剂在欧洲用得较多。
由于红磷会与大气中的水反应生成有毒的磷化氢，因此工业产品需要做稳定化处理和包覆。
三羟基磷（膦）酸酯三羟基磷（膦）酸酯作为不饱和聚酯高度填充（如氢化铝、碳酸钙）时的稀释剂。
它在卤化聚酯中也作为协效剂，不如氧化锑有效，但加工性好。
不易挥发的三羟基磷酸酯有三丁基磷酸酯、三辛基磷酸酯和三丁氧基乙基的磷酸酯。
二甲基磷酸甲酯含磷量高达25%，是有效的阻燃剂。
它的高挥发性限制了应用。
适用于聚氨酯硬泡，高填的热固性树脂。
在高填充的热固性树脂中也作为黏度稀释剂。
二乙基磷酸乙酯在氨基甲酸乙酯有发泡剂和催化剂的条件下比较稳定。
芳基磷酸酯类芳基磷酸酯类在工业中主要用于PVC和乙酸纤维素的不燃性增塑剂和作为工程塑料如PPE，PC/ABS合金的非卤阻燃剂。
烷基化磷酸三苯酯芳基磷酸酯类都是液体，烷基化产物是用合成的异丙基葳酚或异丁基苯酚制成的。
制法是先使苯酚烷基化，然后再同磷酰氯反应。
因此烷基化三芳基磷酸酯是一混合物。
其中磷酸三丁苯酯的抗氧化性能较好，但增塑性较差。
磷酸甲三基二苯酯是PVC很有效的阻燃剂。
膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃剂膨胀型阻燃剂(IFR)是一种以氮、磷为主要组成的复合阻燃剂，它不含卤素，也不采用氧化锑作为协效剂，该类阻燃剂在受热时发泡膨胀，故称为膨胀型阻燃剂，它是一类高效低毒的环保型阻燃剂。
20世纪90年代后，膨胀型阻燃剂的研究逐渐开始活跃，它被公认为是实现阻燃剂无卤化的有效途径之一，其在纺织品的阻燃整理中也极具潜力。
基本要素：膨胀型阻燃剂有三个基本要素。
即酸源、炭源和气源。
酸源又称脱水剂或炭化促进剂，一般是无机酸或燃烧中能原位生成酸的化合物，如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等；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，如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛树脂等；气源也叫发泡源，是含氮化合物，如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。
三组分中，酸源最为主要，比例最大，且阻燃元素含于酸源中，所以酸源是真正意义上的阻燃剂，碳源和发泡剂则是协效剂。
阻燃机理：IFR的阻燃作用主要是依靠在材料表面形成多孔泡沫焦炭层，它是一个多相系统，含有固体和液体和气态产物。
炭层阻燃性质主要体现在：使热难于穿透凝聚相，阻止氧气进入燃烧区域，阻止降解生成的气态或液态产物溢出材料表面。
焦碳层形成过程为：在150℃左右，酸源产生能酯化多元醇和可作为脱水剂的酸；在稍高的温度下，酸与碳源进行酯化反应，而体系中的胺基则作为酯化反应的催化剂，加速反应；体系在酯化反应前和酯化过程中熔融，反应过程中产生的不燃性气体使已处于熔融状态的体系膨胀发泡，与此同时，多元醇和酯脱水碳化，形成无机物及碳残余物，体系进一步发泡；反应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成多孔泡沫炭层。
应用及发展方向：膨胀型阻燃剂应用于纤维和织物主要通过两种方式，一是将阻燃剂配制成整理液，通过涂布等方式整理到织物表面，天然纤维大多采用此方法；二是将膨胀型阻燃剂作为一种共聚单体加入到聚合物中，大多用于合成纤维的阻燃。
合成一种具酸源、炭源和气源三位一体的膨胀型阻燃剂是当今阻燃研究的一个热点。
化学膨胀阻燃剂(IFR)炭层形成过程
化学膨胀型阻燃剂为制备低烟无卤环保阻燃橡胶材料提供了另一种重要途径。
膨胀型阻燃剂(IFR)是指一类以碳、氮、磷元素为核心成分的复合阻燃剂，一般由碳源(成炭剂)、酸源(脱水剂)和气源(膨胀剂)三部分组成。
传统使用的IFR为聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)三者及其衍生物并用。
IFR的阻燃机理被认为是：复合材料在燃烧时，三源间发生化学反应生成多孔膨胀炭层，该炭层实质为碳的微晶。
该炭层不易燃烧，但可以起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴等作用，从而达到阻燃的目的。
炭层形成的历程是：(1)在较低的温度下，酸源分解释放出无机酸；(2)在稍高于酸源释放酸的温度下，体系中的酸与醇发生酯化反应；(3)阻燃材料在酯化前和酯化过程中逐渐融化、变软；(4)反应过程中产生的水蒸气和气源放出的不燃性气体使整个熔融体系发泡膨胀，同时酯脱水炭化，形成无机物及碳的残渣；
(5)体系胶化和固化，形成多孔泡沫炭层，反应结束。
上述各步反应几乎同时发生，但又须按严格的顺序进行，如果其中任何一个反应不能适时进行就不能起到膨胀阻燃的作用。