無機阻燃劑

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　無機阻燃劑是指添加於聚合物配方中，具有阻燃、協效阻燃或抑煙功能的無機化合物。一般包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、赤磷、多聚磷酸銨等。

　　大多數無機阻燃劑屬添加型，主要包括氫氧化物、無機磷系化合物、硼酸鹽、氧化銻、鉬化合物、納米層狀硅酸鹽以及無水碳酸鎂。

　　1.氫氧化物

　　(1)氫氧化鋁

　　氫氧化鋁是問世最早的無機阻燃劑之一，能與多種物質產生協同作用、不揮發、無毒、無腐蝕性、價格低廉。目前氫氧化鋁占全球無機阻燃劑消費量的80％以上，廣泛應用於各種塑料、塗料、聚氨酯、彈性體和橡膠製品中。氫氧化鋁的阻燃機理是向聚合物中添加氫氧化鋁，降低可燃聚合物濃度；在250℃左右開始脫水，吸熱，抑制聚合物升溫；分解生成的水蒸氣稀釋了可燃氣體和氧氣濃度，可阻止燃燒進行；在可燃物錶面生成Al₂0₃，可阻止燃燒。氫氧化鋁也存在許多不足之處包括氫氧化鋁的阻燃效果隨著添加量的增加而增強，但是填充量過大會降低物質的強度；氫氧化鋁單位質量吸熱量較大，分解溫度低，在245～320℃的溫度範圍內完成脫水反應，因此只能適用於加工溫度較低的聚合物。在現在和未來很長一段時間里，氫氧化鋁添加型阻燃材料將繼續作為主要的阻燃材料添加劑。

　　(2)氫氧化鎂

　　氫氧化鎂在原料來源、製備過程、廢物處理等方面都是一種環保型綠色阻燃劑，具有更好的抑煙效果；氫氧化鎂的分解能高(1137 KJ／g)，且熱容也高，比目前常用的無機阻燃劑氫氧化鋁的熱分解溫度高出140℃ ，可以使添加氫氧化鎂的合成材料承受更高的加工溫度，有利於加快擠塑速度，縮短模塑時間，同時亦有助於提高阻燃效率，同時氫氧化鎂與其他阻燃劑有良好複合能力，復配使用可廣泛用於聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗沖聚苯乙烯和ABS等塑料、橡膠行業。氫氧化鎂的改性與處理可以採取和借鑒氫氧化鋁的改性與處理方法。由於我國的天然水鎂石(氫氧化鎂礦)資源豐富，對其在阻燃材料上的應用，已成為目前的一個熱點。

　　2.無機磷系化合物

　　無機磷系阻燃劑主要包括紅磷、磷酸鹽和聚磷酸銨，其中研究和應用較多的為紅磷。紅磷是一種性能優良的阻燃劑，具有高效、抑煙、低毒的阻燃效果，但是在實際應用中易吸潮、氧化、並放出劇毒氣體，粉塵易爆炸，而且呈深紅色，在與樹脂混煉、模塑等加工操作過程中存在著火危險，且與樹脂相容性差，不易分散均勻，導致基材物理性能下降，因此使用受到很大限制。目前，紅磷的微膠囊化技術是錶面處理最有效的手法。經包覆處理的紅磷具有低煙、低毒、無滷、相容性好、物化性能優良等特點。美國、歐洲和日本等國家均已工業化生產，有多種型號微膠囊紅磷產品推向國際市場。國內對紅磷包裹研究做了大量工作，一般使用氫氧化鋁、金屬硫酸鹽、合成樹脂為包裹壁材，但是國內市場並沒有得到廣泛應用。

　　3.氧化銻

　　三氧化二銻、膠體五氧化二銻和銻鈉是銻系阻燃劑的主要產品，其中廣泛應用的是三氧化二銻。它是一種典型添加型無機阻燃劑，主要用於塑料製品和紡織物的阻燃，可用做橡膠、木材的阻燃劑。由於氧化銻有毒性，尋求能替代氧化銻作為滷系阻燃劑協效劑的研究仍具有很大的吸引力和潛力。目前能部分替代三氧化二銻的助阻燃劑有硼酸鋅、硫化鋅、錫酸鋅、鋯化合物和鉬化合物。其中國外開發出一些含錫的無機化合物，對溴和氯阻燃劑具有良好的協同作用，其阻燃效率與氧化銻相當，可以完全取代氧化銻在各個領域中的應用，而且毒性很低。此外，五氧化二銻是近幾年研究成功，並廣泛用於各種纖維生產中的新型無機阻燃劑，由於滲透性強，粘附力大，具有十分優良的阻燃性能。

　　4.硼酸鹽

　　硼酸鹽系列產品也是一種常用的無機阻燃劑，有偏硼酸銨、五硼酸銨、偏硼酸鈉、氟硼酸銨、偏硼酸鋇、硼酸鋅。目前主要使用硼酸鋅產品，硼酸鋅能夠替代有毒的氧化銻應用於多種合成材料中，同時硼酸鋅也可作為塗料的耐火添加劑和木材、紡織材料的耐火添加劑等。我國無機硼系化合物阻燃劑產品的生產和應用經過幾十年的發展，已經取得了一定的成就。硼酸鋅作為無滷阻燃劑，具有環保、安全、抑煙、無毒和價廉等優點。提高硼酸鋅的熱穩定性和抑煙性仍然是改進硼酸鋅的一個重要方向。納米硼酸鋅阻燃劑的開發和應用將成為高分子材料阻燃劑最活躍的研究領域之一。

　　5.鉬化合物

　　鉬化合物，像A-三氧化鉬、八鉬酸銨和鉬酸鈣等不但能阻燃，而且能抑煙。自從1990年克萊馬克斯鉬公司研製出A-三氧化鉬阻燃抑煙劑後，全球許多公司又研製出鉬酸鹽阻燃抑煙劑。研究表明，向電纜皮或半導體包覆材料、橡膠或壁紙中添加少量鉬化合物與其他阻燃劑可顯示協同阻燃抑煙效果，因此，研發鉬化合物阻燃抑煙劑已引起全球研發者的極大興趣。

　　6.納米層狀硅酸鹽

　　美國Cor-nell大學的Giannelis等人首先用熔融插層法製備了聚合物／層狀硅酸鹽(PLS)納米複合材料，研究了其阻燃特性，指出該材料具有燃燒自熄特征。從此，該材料的阻燃性和燃燒自熄特征引起了人們的極大關註，被國外學者認為是一種新型的、革命性的阻燃材料。與傳統阻燃材料相比，PLS納米複合材料中添加少量納米分散的粘土(3％～5％)便能大幅度提高高分子材料的阻燃性。此外，人們還發現PLS納米複合材料在提高材料阻燃性能的同時，不僅不會損害材料的機械和加工性能，甚至還會改善其某些性能；燃燒過程中也不會產生有毒氣體，並具有用量少、成本低、阻燃效能高、發煙量少和環保等優點，因此是一種“綠色環保”的新型阻燃材料，成為高分子阻燃材料的研究熱點，被譽為新一代的潛在阻燃高分子材料。

　　7.無水碳酸鎂

　　無水碳酸鎂阻燃劑的特點是，除了具有單位質量吸熱量更大的特點外，它釋放的是具有滅火作用的二氧化碳氣體。使用無水碳酸鎂作阻燃劑，如同聚合物基體材料攜帶了一個二氧化碳滅火器，釋放出的二氧化碳在燃燒基材四周形成了一個“二氧化碳氣膜”，隔離了助燃空氣。從這一特性來講，無水碳酸鎂阻燃劑適用於電絕緣性能要求更高的場合，如電線電纜等。 目前市場上簡稱的所謂碳酸鎂產品，除了天然的菱鎂礦碳酸鎂以外全部都是水合鹼式碳酸鎂。在現有的國內外水合鹼式碳酸鎂生產工藝中，只有北京科技大學開發的這項技術才可以制得單一物相組成的無水碳酸鎂。Morganl等將菱鎂礦、鹼式碳酸鎂和鹼式碳酸鎂／碳鈣鎂石添加到EVA EEA中，阻燃性能得到了很大的提高。王偉 等利用硬脂酸對鹼式碳酸鎂進行錶面改性，結果表明，鹼式碳酸鎂經過錶面改性後，由親水性變成了親油性，且當加入的鹼式碳酸鎂份數為150份時，阻燃複合材料的拉伸強度13．1 MPa，氧指數31．6％。

　　(1)研究納米級無機阻燃粉體，使阻燃複合材料兼具良好的阻燃和力學性能；

　　(2)研究阻燃體系的相容性與分散性，尋找更為優異的粉體錶面改性劑，使無機阻燃劑具有更優良的阻燃特性，有利於產業化；

　　(3)研究各種無機阻燃劑的復配協同效應以提高阻燃效率；

　　(4)無機阻燃劑的多功能化，如抗菌、導電、屏蔽和防輻射等也是近年來無機阻燃劑的重要發展方向之一。