宋成伟

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阻燃材料应用广泛，尤其在高层建筑中阻燃材料对于防止或减轻火灾而导致的损失起到举足轻重的作用。阻燃材料的种类繁多，从大的方面可以分为有机阻燃材料、无机阻燃材料以及有机-无机复合阻燃材料，当前使用的阻燃材料大多是在高分子材料中添加阻燃剂之后能够实现阻燃效果的材料。通常来说，有机阻燃材料阻燃效果好，添加剂比较少，但是有机阻燃材料在燃烧过程中会产生大量的有毒有害气体，从而限制了其在某些方面的应用。无机材料一般利用一些氢氧化物、氧化物或无机盐等无机物制备，具有制备工艺简单、原材料无毒、在高温下无烟、不易挥发以及价格便宜等优点，但是无机阻燃材料中存在大量的添加剂。氢氧化铝、氢氧化镁是常用的无机阻燃剂，可以当作助剂添加到工程塑料或者橡胶当中以达到较好的阻燃、防火的效果。

1 高分子材料的燃烧及阻燃机理

1.1 气相阻燃机理

气相阻燃是指在气相中中断或者抑制分子链的燃烧行为。这类阻燃材料使用的阻燃剂主要有卤系阻燃剂、部分磷系阻燃剂和胺类化合物。卤系阻燃剂和部分磷系阻燃剂在燃烧过程中生成自由基R·，这些自由基会捕捉可燃气体中的H·和O·游离基，从而抑制了高分子链的热降解行为。胺类化合物受热后可分解为小分子气体，如氨气(NH3)、氮气(N2)等惰性气体，稀释可燃气体的浓度，从而中断了链式反应[1]。

1.2 凝聚相阻燃机理

凝聚相阻燃是指聚合物燃烧在固相中被中断或抑制的阻燃行为。这类阻燃剂主要包含磷系阻燃剂和氮系阻燃剂。磷系阻燃剂燃烧时会与聚合物热解的水反应生成各类磷酸盐，这些磷酸盐会催化成炭，进而隔绝热量和可燃气体的传递，从而中断燃烧行为。氮系阻燃剂在高温下会生成隔氧、隔热的炭层，起到阻燃作用。

1.3 中断热交换阻燃机理

中断热交换阻燃机理是指聚合物在燃烧过程中，热量传递被中断或者温度被降低，使基体的温度低于燃烧所需的临界温度，从而发生自熄的行为。这类阻燃剂主要有金属氢氧化物阻燃剂和部分氮系阻燃剂。金属氢氧化物阻燃剂在高温时受热会产生水蒸气，从而降低体系的温度，中断热量向聚合物的传递，进而达到阻燃的目的。部分氮系阻燃剂，如三聚氰胺的盐类，受热会升华，吸收大量的热，降低高分子材料的表面温度，从而达到中断热交换的目的[2]。

2 阻燃高分子的开发

2.1 分子内杂化型阻燃高分子

分子内杂化型阻燃高分子也称本征型阻燃高分子材料，主要是指在高分子合成的过程中，向聚合物的主链或侧链中引入氮、硅、磷、卤族元素等具有阻燃效果的原子或基团。这些原子及官能团能够在高分子材料进行燃烧后发生化学反应，产生一定量的难燃气体，从而有效抑制火势的蔓延。制备分子内杂化型阻燃高分子材料时，需要首先利用分子设计的方法合成出含有磷、硅、氮等原子及相应官能团的聚合单体，这些单体之后通过聚合反应制备出具有良好阻燃性能的分子内杂化树脂材料。常见的阻燃高分子材料有：聚乙烯材料、聚氯乙烯材料、酚醛树脂、环氧树脂等。

2.2 含硅阻燃高分子

大量的文献显示，将硅元素引入到高分子材料中，不但能够极大改善树脂材料的耐湿热性能，而且可大幅度提高高分子材料的熔点和燃点，从而制备出阻燃性能优异的高分子复合材料。此外，硅元素的引入能够赋予高分子材料新的性能，如：良好的介电性能，优异的力学性能等等，在一定程度上拓展了高分子材料的应用范围。

2.3 添加剂-阻燃高分子

与分子内杂化型阻燃剂不同，添加型阻燃高分子的制备是通过物理共混的方法，向不具备阻燃性或阻燃性较差的高分子材料中加入相应的添加剂，从而大幅度提高高分子材料的阻燃性。每一种添加剂都具有其独特的性能，对高分子材料阻燃性能有较大提升，且添加型高分子材料在消防安全方面表现出越来越重要的作用。根据阻燃添加剂的不同可以将其分为无机类添加剂阻燃高分子、有机类添加剂阻燃高分子和复合类添加剂阻燃高分子3种。在实际的生产生活中，应当根据相关情况选择不同种类的材料，从而实现高分子材料阻燃性能的最大优化[3]。

3 阻燃材料发展趋势

3.1 无卤素、无磷阻燃材料

卤素阻燃材料阻燃性能良好，是当今市场上阻燃材料的主打产品。但是，卤素阻燃材料在高温或燃烧时会产生卤化氢等有毒、有害、有腐蚀性的气体，可以导致环境污染，火灾现场的人们呼吸困难，导致电路短路以及金属物件的腐蚀。红磷阻燃剂阻燃效率高、用量少，在多个行业受到青睐。但是，红磷阻燃剂稳定性需要进一步研究和加强，另外红磷容易产生爆炸以及容易着色，燃烧时也会产生大量的有毒有害气体。据了解，英国、澳大利亚等国家明确规定塑料制品须进行燃烧毒性试验，这就要求开发新的无卤素、无磷阻燃材料。

3.2 无有毒有害气体及烟尘阻燃材料

在火灾中，大多数人并非因为高温而死亡，多数是由于可燃物在燃烧过程释放出有毒、有害气体，导致中毒或吸氧不足而死。因而，研发新型无毒、无害、燃烧过程不产生或较少产生有毒、有害气体和烟尘、阻燃性能良好的阻燃材料是当前阻燃领域重点研究方向。目前主要通过添加过渡金属氧化物、镁-锌复合物、金属氢氧化物、氧化锡、二茂铁、氧化铜等抑烟剂解决火灾中烟尘过多的问题。新型抑烟剂，燃烧无有毒、有害气体产生的阻燃剂是今后阻燃材料研发的趋势。

4 结语

在工业领域中，阻燃高分子材料的应用非常广泛，新型阻燃高分子材料的开发不但能够提高人们生活生产中的安全性，而且能够节约能源，促进新兴工业的发展。目前对高分子阻燃材料的研究主要集中于环境友好型无卤材料的开发，在未来的生产研究中，各类高效阻燃高分子材料的开发及复合阻燃添加剂配方的复配是阻燃材料的发展方向。