无机阻燃剂

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　　无机阻燃剂是指添加于聚合物配方中，具有阻燃、协效阻燃或抑烟功能的无机化合物。一般包括氢氧化铝、氢氧化镁、赤磷、多聚磷酸铵等。

　　大多数无机阻燃剂属添加型，主要包括氢氧化物、无机磷系化合物、硼酸盐、氧化锑、钼化合物、纳米层状硅酸盐以及无水碳酸镁。

　　1.氢氧化物

　　(1)氢氧化铝

　　氢氧化铝是问世最早的无机阻燃剂之一，能与多种物质产生协同作用、不挥发、无毒、无腐蚀性、价格低廉。目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的80％以上，广泛应用于各种塑料、涂料、聚氨酯、弹性体和橡胶制品中。氢氧化铝的阻燃机理是向聚合物中添加氢氧化铝，降低可燃聚合物浓度；在250℃左右开始脱水，吸热，抑制聚合物升温；分解生成的水蒸气稀释了可燃气体和氧气浓度，可阻止燃烧进行；在可燃物表面生成Al₂0₃，可阻止燃烧。氢氧化铝也存在许多不足之处包括氢氧化铝的阻燃效果随着添加量的增加而增强，但是填充量过大会降低物质的强度；氢氧化铝单位质量吸热量较大，分解温度低，在245～320℃的温度范围内完成脱水反应，因此只能适用于加工温度较低的聚合物。在现在和未来很长一段时间里，氢氧化铝添加型阻燃材料将继续作为主要的阻燃材料添加剂。

　　(2)氢氧化镁

　　氢氧化镁在原料来源、制备过程、废物处理等方面都是一种环保型绿色阻燃剂，具有更好的抑烟效果；氢氧化镁的分解能高(1137 KJ／g)，且热容也高，比目前常用的无机阻燃剂氢氧化铝的热分解温度高出140℃ ，可以使添加氢氧化镁的合成材料承受更高的加工温度，有利于加快挤塑速度，缩短模塑时间，同时亦有助于提高阻燃效率，同时氢氧化镁与其他阻燃剂有良好复合能力，复配使用可广泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗冲聚苯乙烯和ABS等塑料、橡胶行业。氢氧化镁的改性与处理可以采取和借鉴氢氧化铝的改性与处理方法。由于我国的天然水镁石(氢氧化镁矿)资源丰富，对其在阻燃材料上的应用，已成为目前的一个热点。

　　2.无机磷系化合物

　　无机磷系阻燃剂主要包括红磷、磷酸盐和聚磷酸铵，其中研究和应用较多的为红磷。红磷是一种性能优良的阻燃剂，具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果，但是在实际应用中易吸潮、氧化、并放出剧毒气体，粉尘易爆炸，而且呈深红色，在与树脂混炼、模塑等加工操作过程中存在着火危险，且与树脂相容性差，不易分散均匀，导致基材物理性能下降，因此使用受到很大限制。目前，红磷的微胶囊化技术是表面处理最有效的手法。经包覆处理的红磷具有低烟、低毒、无卤、相容性好、物化性能优良等特点。美国、欧洲和日本等国家均已工业化生产，有多种型号微胶囊红磷产品推向国际市场。国内对红磷包裹研究做了大量工作，一般使用氢氧化铝、金属硫酸盐、合成树脂为包裹壁材，但是国内市场并没有得到广泛应用。

　　3.氧化锑

　　三氧化二锑、胶体五氧化二锑和锑钠是锑系阻燃剂的主要产品，其中广泛应用的是三氧化二锑。它是一种典型添加型无机阻燃剂，主要用于塑料制品和纺织物的阻燃，可用做橡胶、木材的阻燃剂。由于氧化锑有毒性，寻求能替代氧化锑作为卤系阻燃剂协效剂的研究仍具有很大的吸引力和潜力。目前能部分替代三氧化二锑的助阻燃剂有硼酸锌、硫化锌、锡酸锌、锆化合物和钼化合物。其中国外开发出一些含锡的无机化合物，对溴和氯阻燃剂具有良好的协同作用，其阻燃效率与氧化锑相当，可以完全取代氧化锑在各个领域中的应用，而且毒性很低。此外，五氧化二锑是近几年研究成功，并广泛用于各种纤维生产中的新型无机阻燃剂，由于渗透性强，粘附力大，具有十分优良的阻燃性能。

　　4.硼酸盐

　　硼酸盐系列产品也是一种常用的无机阻燃剂，有偏硼酸铵、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡、硼酸锌。目前主要使用硼酸锌产品，硼酸锌能够替代有毒的氧化锑应用于多种合成材料中，同时硼酸锌也可作为涂料的耐火添加剂和木材、纺织材料的耐火添加剂等。我国无机硼系化合物阻燃剂产品的生产和应用经过几十年的发展，已经取得了一定的成就。硼酸锌作为无卤阻燃剂，具有环保、安全、抑烟、无毒和价廉等优点。提高硼酸锌的热稳定性和抑烟性仍然是改进硼酸锌的一个重要方向。纳米硼酸锌阻燃剂的开发和应用将成为高分子材料阻燃剂最活跃的研究领域之一。

　　5.钼化合物

　　钼化合物，像A-三氧化钼、八钼酸铵和钼酸钙等不但能阻燃，而且能抑烟。自从1990年克莱马克斯钼公司研制出A-三氧化钼阻燃抑烟剂后，全球许多公司又研制出钼酸盐阻燃抑烟剂。研究表明，向电缆皮或半导体包覆材料、橡胶或壁纸中添加少量钼化合物与其他阻燃剂可显示协同阻燃抑烟效果，因此，研发钼化合物阻燃抑烟剂已引起全球研发者的极大兴趣。

　　6.纳米层状硅酸盐

　　美国Cor-nell大学的Giannelis等人首先用熔融插层法制备了聚合物／层状硅酸盐(PLS)纳米复合材料，研究了其阻燃特性，指出该材料具有燃烧自熄特征。从此，该材料的阻燃性和燃烧自熄特征引起了人们的极大关注，被国外学者认为是一种新型的、革命性的阻燃材料。与传统阻燃材料相比，PLS纳米复合材料中添加少量纳米分散的粘土(3％～5％)便能大幅度提高高分子材料的阻燃性。此外，人们还发现PLS纳米复合材料在提高材料阻燃性能的同时，不仅不会损害材料的机械和加工性能，甚至还会改善其某些性能；燃烧过程中也不会产生有毒气体，并具有用量少、成本低、阻燃效能高、发烟量少和环保等优点，因此是一种“绿色环保”的新型阻燃材料，成为高分子阻燃材料的研究热点，被誉为新一代的潜在阻燃高分子材料。

　　7.无水碳酸镁

　　无水碳酸镁阻燃剂的特点是，除了具有单位质量吸热量更大的特点外，它释放的是具有灭火作用的二氧化碳气体。使用无水碳酸镁作阻燃剂，如同聚合物基体材料携带了一个二氧化碳灭火器，释放出的二氧化碳在燃烧基材四周形成了一个“二氧化碳气膜”，隔离了助燃空气。从这一特性来讲，无水碳酸镁阻燃剂适用于电绝缘性能要求更高的场合，如电线电缆等。 目前市场上简称的所谓碳酸镁产品，除了天然的菱镁矿碳酸镁以外全部都是水合碱式碳酸镁。在现有的国内外水合碱式碳酸镁生产工艺中，只有北京科技大学开发的这项技术才可以制得单一物相组成的无水碳酸镁。Morganl等将菱镁矿、碱式碳酸镁和碱式碳酸镁／碳钙镁石添加到EVA EEA中，阻燃性能得到了很大的提高。王伟 等利用硬脂酸对碱式碳酸镁进行表面改性，结果表明，碱式碳酸镁经过表面改性后，由亲水性变成了亲油性，且当加入的碱式碳酸镁份数为150份时，阻燃复合材料的拉伸强度13．1 MPa，氧指数31．6％。

　　(1)研究纳米级无机阻燃粉体，使阻燃复合材料兼具良好的阻燃和力学性能；

　　(2)研究阻燃体系的相容性与分散性，寻找更为优异的粉体表面改性剂，使无机阻燃剂具有更优良的阻燃特性，有利于产业化；

　　(3)研究各种无机阻燃剂的复配协同效应以提高阻燃效率；

　　(4)无机阻燃剂的多功能化，如抗菌、导电、屏蔽和防辐射等也是近年来无机阻燃剂的重要发展方向之一。