磷系阻燃剂的现状与展望

磷系阻燃剂的现状与展望

摘要：阻燃剂又名耐火剂、防火剂，是提高可燃物难燃性的一种功能性助剂。在所有的阻燃剂中，磷系阻燃剂是研究的最多也是最复杂的一种。随着工业的改进以及合成方法的不断完善，磷系阻燃剂的种类也在不断增加，性能也在不断增强。磷系阻燃剂解决了含卤型阻燃剂燃烧烟雾大、气体腐蚀性强以及无机阻燃剂高添加量而影响材料物理机械性能等缺点，具有高阻燃性、低烟、无毒、低卤等优点，因此，对于磷系阻燃剂的研究具有非常重要的现实意义。本文主要就磷系阻燃剂的现状与展望方面展开研究，分析了磷系阻燃剂的阻燃机理以及种类，最后介绍了磷系阻燃剂在今后的发展趋势。

关键词：磷系阻燃剂；阻燃机理；种类；展望

1、引言

随着高分子材料科学与工程的发展，各种高分子复合材料正在逐步取代传统材料而应用于社会生产与生活的各个领域。但是，高分子复合材料具有优越性能的同时，还具有可燃性，这给人们的生产与生活带来了一定的隐患，因此，对于高分子复合材料的燃烧特性以及防火技术的研究具有重要的意义。阻燃剂在塑料助剂中的消耗量仅次于增塑剂，己成为塑料助剂中用量第二的大品种，其中，磷系阻燃剂由于其自身的特点与优势，非常符合阻燃剂的发展方向，具有很好的发展前景。

2、磷及磷化合物阻燃机理

阻燃剂的使用能够有效的延缓和抑制高分子材料的燃烧传播速度，以及被热引燃的概率，是高分子复合材料工业中的一种重要助剂。磷及磷化合物由于其自身特点和性能，在很早之前就己被当做阻燃剂来使用。它的阻燃机理主要是在高分子材料以及氧化剂或热源之间形成隔离膜，从而达到阻燃效果。按磷化合物在不同反应区所起的阻燃作用可分为凝聚相中阻燃机理和蒸汽相中阻燃机理两种。

加入磷系阻燃剂的高分子材料在进行燃烧时，磷化合物受热分解，产生化学反应，生成聚偏磷酸，由于聚偏磷酸是一种不易挥发的稳定化合物质，因此可以在高分子复合材料表面形成一层有效的保护膜，防止复合材料燃烧，起到阻燃作用。另外，聚偏磷酸具有较强的吸水或脱水效果，可以形成具有一定厚度的不易燃烧的碳层，从而起到阻燃作用。含磷阻燃剂也是一种自由基捕获剂。利用质谱技术可发现，任何含磷化合物在复合材料燃烧时都能形成p0·，然后与燃烧区域范围内的氢原子产生化学反应，起到抑制燃烧的作用。

另外，磷系阻燃剂在阻燃过程中可以产生一定的水分，这些水分一方面可以稀释气相中的可燃物浓度，另一方面也可以降低凝聚相的温度，从而可以更好的起到阻燃的作用。

3、磷系阻燃剂种类

根据磷系阻燃剂的组成和结构的不同，可将其分为无机型磷系阻燃剂、有机型磷系阻燃剂以及复合型磷系阻燃剂三大类。其中，无机型阻燃剂主要包括红磷和磷酸盐两类，有机型阻燃剂主要包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯和磷盐等，而复合型阻燃剂主要就是指膨胀型阻燃剂。

3.1 无机型阻燃剂

红磷又名赤磷，具有高效、抑烟以及低毒等优点，是一种性能优良的阻燃剂。但是在实际应用过程中，红磷也具有许多不良之处：因为红磷的着火点较低，所以具有易燃的特点，并且粉末易爆炸，受潮时容易氧化成酸，释放出有毒气体，同时，在实际应用过程中不易均匀的分散于高分子复合材料之中。为了有效的克服这些缺点，提高其性能，各国化学工业的公司或企业都对红磷表面的改性进行了研究，推出了用有机物或无机物来包覆红磷等包覆红磷的产品。红磷作为阻燃剂还没有在我国进行广泛使用，对于它的研究目前还比较少，但是，由于它具有广泛的应用前景，因此仍然还应当引起重视和注意。

聚磷酸铵是一种性能良好的无机磷阻燃剂，是目前磷系阻燃剂比较活跃的研究领域之一。聚磷酸铵的阻燃元素含量较高，同时热稳定性能也较好，另外，还具有价钱较低、毒性较少、阻燃性能持久等优点。聚磷酸具有脱水效果，可使高分子复合材料脱水炭化形成一层碳层保护层，将复合材料与氧气、热源等隔离，起到很好的

阻燃作用。聚磷酸铵虽然成本较低，使用简单方便，效果也不错，但是在应用中也具有一些不可避免的缺点。例如，在空气中容易受潮，用于棉织物则对其强度影响较大，用于纸张则会使纸张发黄变脆。通过研究可知，聚磷酸铵的微胶囊化可以有效的防止其在空气中的受潮，从而增强它的阻燃效果。另一方面提高聚磷酸铵的聚合度也可以增强它的阻燃整体效果。

3.2 有机型阻燃剂

有机磷化合物是添加型阻燃剂，其中，磷酸酯系列是有机磷阻燃剂的主要系列。由于磷酸酯成本较低、资源丰富，与高分子复合材料的相容性较好，因此被广泛的应用于有机型磷系阻燃剂之中。磷酸酯阻燃剂主要可分为含卤类和无卤类两种。无卤类磷酸酯阻燃剂可抑制燃烧后的残余物，产生较少的腐蚀性气体；含卤类磷酸酯由于同时含有卤素和磷素，因此阻燃效果较为理想。表1为无卤类和含卤类磷酸酯阻燃体系的比较。

相对于磷酸酯来说，亚磷酸酯的研究用于阻燃的较少，大多都是偏向于抗氧剂以及防老剂等方向的发展。亚磷酸酯类阻燃剂的作用主要是用于聚氨酯泡沫塑料薄片与无纺布人造革等面料的阻燃。

膦酸酯系列阻燃剂化学稳定性较强，具有耐水耐溶剂性，是一类很有发展前途的阻燃剂。该阻燃剂是一类具有良好的耐热性、较高的稳定性以及优良的耐水性的添加型阻燃剂，主要用于聚酯纤维的阻燃。

磷盐系列的阻燃剂代表主要为氯化四羟甲基磷，它的主要用于棉纱以及棉织品的阻燃处理。属于早期开发的织物阻燃剂，但是因为在使用和制造过程中可能产生一些具有致癌性的物质，故现在很少使用。目前己对其进行了改性研究，开发出一系列的新型产品，并应用在防雨布、军用棉布和工作服的阻燃处理。

3.3 复合型阻燃剂

复合阻燃剂主要是利用种类的阻燃剂的协同效应来提高阻燃的效果。目前对于此类复合型阻燃体系的研究较为广泛。主要成果有添加型复合磷系阻燃剂和化合物型复合磷系阻燃剂。添加型复合磷系阻燃剂是一种实用且较为简单的提高阻燃效果的方法，含氮化合物阻燃剂本身毒性低，且燃烧的产物毒性也较低、并且燃烧过程产生的腐蚀性气体较少，是通过凝聚相和气相的阻燃，阻燃效率高；化合物型复合磷系阻燃剂主要是氮－磷、氮－磷－澳、氮－磷－氯、澳代磷酸醋、氯代磷酸醋化合物。由于同一阻燃剂分子中含有多种阻燃元素，阻燃元素的协同效应使聚合物材料的阻燃效果提高。

4、对于磷系阻燃剂的展望

磷系阻燃剂具有低毒、低烟、低卤甚至无卤的特性，并且效率高、用量少，在阻燃剂领域备受关注，尤其是在我国，有着更大的发展空间和潜力。同时，由于其自身的表面处理技术不够完善、一些阻燃剂相容性差、有机磷系多为液体、热稳定性较差、发烟量大、挥发性大等缺陷，使其的应用受到了一定的限制。所以，对于磷系