聚丙烯(PP)作為五種通用塑料之一，其產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯和聚氯乙烯，其消費(fèi)量?jī)H次于聚乙烯。廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、醫(yī)藥、家電、食品包裝、建筑等領(lǐng)域。

然而，聚丙烯不可忽視的缺點(diǎn)之一是其易燃性。燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的17-18%低氧指數(shù)值和大量熔滴容易引起火災(zāi)并迅速蔓延，極大地限制了聚丙烯基材料的廣泛應(yīng)用。因此，聚丙烯阻燃劑的研究在聚丙烯材料的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。

那你對(duì)聚丙烯阻燃劑了解多少呢？

聚合物的阻燃通常通過(guò)氣相阻燃、凝聚相阻燃和中斷熱交換阻燃來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，燃燒和阻燃是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，涉及到許多影響和限制因素，通常由許多阻燃系統(tǒng)同時(shí)使用幾種阻燃機(jī)制。

1. 氣相阻燃機(jī)理

氣相阻燃是通過(guò)抑制促進(jìn)燃燒反應(yīng)鏈增長(zhǎng)的自由基來(lái)發(fā)揮阻燃功能的，主要包括：

（1）阻燃材料在加熱或燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生自由基抑制劑，從而中斷燃燒鏈反應(yīng)。鹵素阻燃劑主要以這種方式達(dá)到阻燃的目的。鹵素化合物的阻燃研究得到了阻燃效果HI>HBr>HCl>HF。此外，磷還可以阻燃?xì)庀啵渥枞紮C(jī)理類(lèi)似于鹵素捕獲自由基理論。

(2)阻燃材料受熱或燃燒時(shí)生成細(xì)微粒子，它們能促進(jìn)自由基相互結(jié)合以終止鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)。比如在可燃?xì)怏w中混有一定量的惰性微粒，它不僅能吸收燃燒熱、降低火焰溫度，而且會(huì)如同容器的壁面那樣，在微粒的表面上將氣相燃燒反應(yīng)中大量的高能量氫自由基轉(zhuǎn)變成低能量的氫過(guò)氧基自由基，從而抑制氣相燃燒。

(3)阻燃材料在加熱或燃燒時(shí)釋放大量惰性氣體或高密度蒸汽，可稀釋氧氣和氣體可燃產(chǎn)物，降低可燃?xì)怏w溫度，導(dǎo)致燃燒終止。后者覆蓋可燃?xì)怏w，隔離與空氣的接觸，使燃燒窒息。在燃燒溫度下釋放一些阻燃劑，如聚磷酸銨、硼酸和三聚氰胺NH3、H2O和N2.這些氣體可以稀釋氣相中可燃?xì)怏w的濃度，降低聚合物基材和火焰區(qū)域的溫度，減慢熱裂解反應(yīng)的速度，降低到火災(zāi)極限以下，發(fā)揮氣相阻燃作用。

2. 凝聚相阻燃機(jī)理

這是指固體物質(zhì)在凝結(jié)相中延遲或中斷可燃?xì)怏w的分解反應(yīng)，以防止燃燒。 它主要以四種方式實(shí)現(xiàn)：

(1) 阻燃劑在固相中延遲或阻止可燃?xì)怏w和自由基的熱分解。

(2) 阻燃材料中比熱容大的無(wú)機(jī)填料不易通過(guò)蓄熱和導(dǎo)熱實(shí)現(xiàn)熱分解。

(3) 阻燃劑熱分解吸熱，減緩或停止阻燃材料的加熱。氫氧化鋁和氫氧化鎂是目前常用的阻燃劑。

(4) 阻燃材料燃燒時(shí)，在其表面產(chǎn)生多孔碳層，阻燃、隔熱、隔氧，防止可燃?xì)怏w進(jìn)入燃燒氣相，導(dǎo)致燃燒中斷。膨脹阻燃劑按此機(jī)制阻燃。

3. 中斷熱交換阻燃機(jī)理

這意味著帶走聚合物燃燒產(chǎn)生的部分熱量，使材料不能保持熱分解溫度，因此不能繼續(xù)產(chǎn)生可燃?xì)怏w，因此燃燒自熄。例如，當(dāng)阻燃材料被強(qiáng)熱或燃燒時(shí)，熔化材料滴落會(huì)帶走大部分熱量，導(dǎo)致燃燒延遲，較終可能停止燃燒。

聚合物材料常用的阻燃劑是： 含有N、P、Cl、Br、Al、Mg、Si、B有機(jī)物和無(wú)機(jī)物等元素。

由于聚丙烯（PP）單體內(nèi)沒(méi)有活性基團(tuán)，因此反應(yīng)阻燃劑不適用于聚丙烯。聚丙烯阻燃劑是添加阻燃劑，常用的阻燃劑是： 鹵素、磷、無(wú)機(jī)氫氧化物、含硅化合物和膨脹阻燃劑。

1. 鹵系阻燃劑

鹵素阻燃劑是世界上較大的有機(jī)阻燃劑之一，添加量少，阻燃效果顯著，溴阻燃劑用量為10wt約%時(shí)，材料的氧指數(shù)可達(dá)25%以上。目前含氯或溴的阻燃劑廣泛應(yīng)用于聚烯烴阻燃。

例如，含氯阻燃劑主要包括氯化石蠟、氯化聚乙烯等。含溴阻燃劑有十溴二苯乙烷（DBDPE）、十溴聯(lián)苯醚(DBDPD)、八溴聯(lián)苯醚(OBDPO)、四溴聯(lián)苯醚(TBDPO)、四溴雙酚A(TBA),六溴環(huán)十二烷(HBDC)、乙烷雙(三嗅苯氧)TBA/PC十溴二苯乙烷是應(yīng)用較廣泛的低聚物，十溴二苯乙烷與三氧化二銻結(jié)合，對(duì)聚丙烯阻燃有很好的協(xié)同作用。分解過(guò)程中產(chǎn)生阻燃劑HBr，因此，阻燃效果好，應(yīng)用廣泛

同時(shí)，鹵素阻燃劑也有以下缺點(diǎn)：

(1) 鹵化氫氣體在高溫明火下釋放，并伴有濃煙，容易引起人體窒息；

(2) 鹵素阻燃劑（特別是多溴苯醚）大多能分解產(chǎn)生可提取的有機(jī)化合物，是一種持久的環(huán)境有機(jī)化合物，具有親脂疏水、難降解等特點(diǎn)，可以通過(guò)各種方式豐富人體，對(duì)人體健康危害極大。

因此，近年來(lái)，歐洲逐步提出了禁止多溴苯醚的相關(guān)法律法規(guī)，禁止范圍也逐漸擴(kuò)大。到目前為止，多溴聯(lián)苯、五溴二苯醚和八溴二苯醚已被歐盟**發(fā)布的《關(guān)于禁止在電子設(shè)備中使用某些有害物質(zhì)的指令》列為禁止。在日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的壓力下，鹵素阻燃劑的研究和發(fā)展面臨著重大挑戰(zhàn)。

2. 磷系阻燃劑

>>>>有機(jī)磷系阻燃劑

分類(lèi):包括磷酸酯、亞磷酸酯、有機(jī)鹽、氧化磷、含磷多元醇和磷氮化合物，但含鹵磷酸酯(含鹵磷酸酯具有阻燃和增塑的雙重功能，阻燃PVC大量應(yīng)用)。

機(jī)制：有機(jī)磷阻燃劑在火災(zāi)早期聚合物分解階段起作用。它可以促進(jìn)聚合物的脫水和碳化，使聚合物不能產(chǎn)生可燃?xì)怏w，碳化物形成保護(hù)性炭膜，隔離外部空氣和熱量。

>>>>含磷無(wú)機(jī)阻燃劑

分類(lèi)：主要產(chǎn)品有紅磷、磷酸銨、聚磷酸銨(APP)，其它磷酸鹽，如磷酸氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨等。

其他:隨著無(wú)鹵阻燃劑材料用量的增加，含磷無(wú)機(jī)阻燃劑的用量也在增加，紅磷和鹵阻燃劑的使用可以提高阻燃效率。聚磷酸銨(APP)熱穩(wěn)定性好，熱分解溫度250℃分解釋放氨和水，產(chǎn)生磷酸。

3. 無(wú)機(jī)阻燃劑

機(jī)制：無(wú)機(jī)阻燃劑的阻燃作用主要是通過(guò)儲(chǔ)存和導(dǎo)熱材料達(dá)不到分解溫度或通過(guò)阻燃劑分解吸熱，減緩或終止阻燃材料的溫升。

優(yōu)點(diǎn)：該物質(zhì)具有熱穩(wěn)定性好、阻燃、無(wú)毒、無(wú)揮發(fā)、無(wú)腐蝕性氣體、煙量小、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)

分類(lèi):是低鹵無(wú)鹵阻燃系統(tǒng)的主要原料，主要包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、水滑石等。氫氧化鎂和氫氧化鋁應(yīng)用廣泛，但由于熱解時(shí)溫度不同，水量不同，阻燃效果不同。

4. 含硅阻燃劑

硅阻燃劑是一種新型的無(wú)鹵阻燃劑，是一種碳抑煙劑，不僅能提高聚合物的加工性能，還能提高聚合物的機(jī)械強(qiáng)度。

優(yōu)點(diǎn)：硅阻燃劑具有高效、無(wú)毒、低煙、無(wú)熔滴、無(wú)污染的特點(diǎn)，在眾多無(wú)機(jī)阻燃系統(tǒng)中備受關(guān)注。

分類(lèi)：根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)，可分為無(wú)機(jī)硅阻燃劑和有機(jī)硅阻燃劑。

>>>>無(wú)機(jī)硅阻燃劑

通常指多孔硅酸鹽阻燃劑和層狀硅酸鹽阻燃劑。

>>>>硅酮阻燃劑

阻燃機(jī)理：聚合物材料燃燒時(shí)，有機(jī)硅產(chǎn)生碳化硅，防止揮發(fā)物逸出，隔離氧氣與樹(shù)脂接觸，防止熔體滴落，達(dá)到阻燃目的。

硅油、硅樹(shù)脂、硅橡膠、硅烷醇酞胺等主要有機(jī)硅阻燃劑。

5. 膨脹阻燃劑

膨脹阻燃劑(IFR)以碳、氮、磷為主要成分的阻燃劑一般由三部分組成：

(1) 碳源(或成炭劑):多為富碳多羥基物質(zhì)，如淀粉、糊精、季戊四醇、雙季戊四醇、山梨醇、木質(zhì)素、聚酰胺、酚醛樹(shù)脂等。

(2) 酸源(或脫水劑):多為無(wú)機(jī)酸或高溫生成的酸鹽，如酸、硼酸、硫酸、硫酸銨、磷酸銨、聚磷酸銨、聚磷酸鹽、三聚氰胺磷酸鹽等。

(3) 氣源(或發(fā)泡劑)：多為含氮、碳的化合物，如脲醛樹(shù)脂、尿素、聚酰胺、雙氰胺、三聚氰胺等。

常見(jiàn)的膨脹阻燃劑系統(tǒng)包括：

(1) 磷-氮單質(zhì)膨脹阻燃劑(集酸源、碳源、氣源于一體IFR)；

(2) 混合型膨脹型阻燃劑(將氣源、炭源及酸源按一定的比例復(fù)配成)；

(3) 聚磷酸銨(APP)膨脹阻燃系統(tǒng)；

(4) 雙氰胺、胍和脲及其鹽。