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摘 要：结合实际的工作经验，从分析高分子材料燃烧和阻燃的机理入手，对阻燃剂的分类的国内外阻燃技术的发展现状和趋势进行了分析，以供相关的研究人员参考。
关键词：高分子 阻燃技术 阻燃剂
对高分子材料的阻燃技术发展进行分析，具有重要的实践指导意义。
一、高分子材料的燃烧和阻燃机理
高分子材料大多属于易燃材料，且在燃烧时产生的热量大、燃烧速度快，产生大量的有毒气体。高分子材料燃烧所导致的消防安全隐患，已经成为当前高分子材料发展的瓶颈问题。因此，首先了解高分子材料燃烧和阻燃的机理，便于采取有效的措施和技术进行改良和防范。
高分子材料的燃烧可以分为热氧降解和燃烧两个过程。热氧降解是指高分子材料在受热时，会分解挥发出可燃物；当可燃物与氧气混合达到一定浓度，且受热达到点燃温度，就会导致燃烧的发生。高分子材料燃烧的过程包含有材料的降解、气体扩散、氧化反应、链式燃烧等一系列的反应。由于高分子燃烧产生大量热量，远远大于燃烧反应个过程所消耗的热量，导致燃烧迅速传播，火势猛烈。通过对高分子材料的燃烧机理进行分析，可知阻燃作用的机理应该是对燃烧某一环节要素的控制或减缓来实现的。其中包括提高高分子材料的稳定性以控制热氧降解、稀释可燃气体和氧气浓度、吸收热量中止燃烧过程、形成气体隔离层等。当前常见的阻燃剂的作用机理为冷却、稀释、形成气体隔离膜的物理途径和控制自由基的化学途径。
图1 高分子材料的燃烧机理图示
二、高分子材料阻燃剂的分类
当前主要的助燃剂种类，按照与高分子材料之间的关系，可以划分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。反应性助燃剂多为热固性高分子材料，参与高分子材料的单元结构的组成；添加型阻燃剂不与高分子材料产生反应，大多为热塑性高分子材料。按照阻燃的元素进行分类，可分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、含硅阻燃剂和无机阻燃剂几类，以下做详细的介绍。
1.卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是当前应用最为广泛的阻燃剂，属于有机阻燃剂的一种，具有用料少、效果显著等优点。含溴阻燃剂的效果较传统的含氯阻燃剂的效果显著，逐渐成为主要的应用类型，常见的含溴阻燃剂包括有八溴联苯醚、十溴联苯醚、四溴联苯醚、六溴环十二烷、四溴双酚A碳酸酯低聚物等等。卤系阻燃剂应用广泛，效果显著，同时存在一些缺点，如阻燃同时产生大量有毒气体，卤化氢形成氢卤酸具有很强的腐蚀性等。相对于高分子材料燃烧的热量，其所产生的有毒气体和烟雾，是导致严重人身安全的主要原因，造成窒息和中毒死亡。因此，研究开发无卤的阻燃剂，减少有毒气体的产生，是阻燃剂的发展方向。
2.磷系阻燃剂
磷系阻燃剂中应用最为广泛的为含卤磷酸酯，其阻燃机理为对高分子受热降解阶段其作用，促进高分子材料脱水炭化反应，减少可燃气体的产生，同时由于磷化合物具有的不挥发性，可以對炭化物起到凝结和隔绝的作用，控制与外界空气和热量的接触。红磷、聚磷酸铵、磷酸铵盐、磷酸氢铵等，是当前主要的磷系阻燃剂。磷系阻燃剂的应用正在逐步增加以代替卤系阻燃剂，两者进行配合使用可以起到很好的阻燃效果。
3.含硅阻燃剂
有机含硅阻燃剂是一种新型的阻燃剂，包括有硅树脂和硅烷共聚物两种。目前较为典型的为美国通用公司生产的SFR-100有机硅阻燃剂，为硅酮聚合物，与聚磷酸铵、氢氧化物等协同使用，可以起到很好的阻燃效果。
4.无机阻燃剂
无机阻燃剂的阻燃机理为，阻燃剂受热分解产生水分的蒸发，形成水蒸气，吸收高分子材料燃烧的热量，降低燃烧温度，从而缓解和阻止燃烧的发生和继续；水蒸气同时起到可燃气体的稀释作用，降低可燃气体浓度；阻燃剂分解产生氧化铝和氧化镁等，与高分子塑料表面燃烧产生的炭化合物反应形成保护膜，在可燃气体和外界氧气与热量之间起到隔离作用，达到阻燃效果。无机阻燃剂具有阻燃效果好、自身稳定性好、不产生有毒或者腐蚀性气体、不产生二次污染等优点，是生产无卤阻燃剂的主要原料。当前主要的无机阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁和水滑石等。
5.本质阻燃剂
本质阻燃剂是指利用一些高分子材料自身化学结构的阻燃性进行高分子材料生产制作的阻燃技术。当前最为新型的本质阻燃剂高分子材料为芳基乙炔聚合物、芳香族酰胺-酰亚胺聚合物和乙炔-硅氧烷聚合物等。其中芳基乙炔聚合物的炭化层可以承受1500-2000℃的高温，可用于火箭和宇宙飞船设备中。本质阻燃剂高分子材料，从根本上解决了高分子材料易燃烧的问题，是高分子材料阻燃技术的重要发展方向，当前此技术的应用较为有限，主要受到成本较高和技术复杂等因素的限制。
三、高分子阻燃剂的发展趋势分析
1.纳米技术
国内外对纳米材料热稳定性的研究表明，采用纳米技术的复合材料如尼龙-层状硅酸纳米复合材料，当层状硅酸盐的含量为5%以下时，就可以达到很好的热稳定性，且不损坏材料的其他性能。纳米粒子填充技术，是当前主要的纳米阻燃技术，效果显著。
2.微胶囊技术
通过将高分子材料的分子物质运用微米级的微胶囊容器进行包裹，起到隔离和保护的作用，降低可燃性。微胶囊化是微胶囊阻燃技术的主要环节，当前主要的材料有天然高分子材料如蛋白质、纤维素等；人工合成高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、环氧树脂等。微胶囊技术研究的关键在于对胶囊大小、厚度、强度和阻燃剂释放等相关因素对阻燃效果的影响。
3.膨胀技术
助燃剂膨胀技术，可以实现阻燃过程中有毒气体和烟雾的有效减少，受到人们的关注。炭化剂、发泡剂和炭化促进剂是膨胀阻燃技术的主要三种成分。膨胀阻燃技术最早用于电缆、建筑装饰和船舶的外涂装应用，当前主要的发展方向是应用于橡胶和塑料等材料。
四、结语
高分子材料在当前生产和生活的各个领域有着广泛的应用，同时带来燃烧、有毒气体等使用安全隐患。通过高分子材料阻燃技术的研究和开发，改善高分子材料的燃烧性能，对于更好的发挥高分子材料的优势和提高应用安全，具有重要的意义。
参考文献
[1]吴金坤.硅酮系阻燃剂及其阻燃技术[J].化工新型材料，2009（9）.
[2]欧育湘，李听.本质阻燃高聚物[J].高分子材料科学与工程，2010（16）.
关键词：高分子 阻燃技术 阻燃剂
对高分子材料的阻燃技术发展进行分析，具有重要的实践指导意义。
一、高分子材料的燃烧和阻燃机理
高分子材料大多属于易燃材料，且在燃烧时产生的热量大、燃烧速度快，产生大量的有毒气体。高分子材料燃烧所导致的消防安全隐患，已经成为当前高分子材料发展的瓶颈问题。因此，首先了解高分子材料燃烧和阻燃的机理，便于采取有效的措施和技术进行改良和防范。
高分子材料的燃烧可以分为热氧降解和燃烧两个过程。热氧降解是指高分子材料在受热时，会分解挥发出可燃物；当可燃物与氧气混合达到一定浓度，且受热达到点燃温度，就会导致燃烧的发生。高分子材料燃烧的过程包含有材料的降解、气体扩散、氧化反应、链式燃烧等一系列的反应。由于高分子燃烧产生大量热量，远远大于燃烧反应个过程所消耗的热量，导致燃烧迅速传播，火势猛烈。通过对高分子材料的燃烧机理进行分析，可知阻燃作用的机理应该是对燃烧某一环节要素的控制或减缓来实现的。其中包括提高高分子材料的稳定性以控制热氧降解、稀释可燃气体和氧气浓度、吸收热量中止燃烧过程、形成气体隔离层等。当前常见的阻燃剂的作用机理为冷却、稀释、形成气体隔离膜的物理途径和控制自由基的化学途径。
图1 高分子材料的燃烧机理图示
二、高分子材料阻燃剂的分类
当前主要的助燃剂种类，按照与高分子材料之间的关系，可以划分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。反应性助燃剂多为热固性高分子材料，参与高分子材料的单元结构的组成；添加型阻燃剂不与高分子材料产生反应，大多为热塑性高分子材料。按照阻燃的元素进行分类，可分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、含硅阻燃剂和无机阻燃剂几类，以下做详细的介绍。
1.卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是当前应用最为广泛的阻燃剂，属于有机阻燃剂的一种，具有用料少、效果显著等优点。含溴阻燃剂的效果较传统的含氯阻燃剂的效果显著，逐渐成为主要的应用类型，常见的含溴阻燃剂包括有八溴联苯醚、十溴联苯醚、四溴联苯醚、六溴环十二烷、四溴双酚A碳酸酯低聚物等等。卤系阻燃剂应用广泛，效果显著，同时存在一些缺点，如阻燃同时产生大量有毒气体，卤化氢形成氢卤酸具有很强的腐蚀性等。相对于高分子材料燃烧的热量，其所产生的有毒气体和烟雾，是导致严重人身安全的主要原因，造成窒息和中毒死亡。因此，研究开发无卤的阻燃剂，减少有毒气体的产生，是阻燃剂的发展方向。
2.磷系阻燃剂
磷系阻燃剂中应用最为广泛的为含卤磷酸酯，其阻燃机理为对高分子受热降解阶段其作用，促进高分子材料脱水炭化反应，减少可燃气体的产生，同时由于磷化合物具有的不挥发性，可以對炭化物起到凝结和隔绝的作用，控制与外界空气和热量的接触。红磷、聚磷酸铵、磷酸铵盐、磷酸氢铵等，是当前主要的磷系阻燃剂。磷系阻燃剂的应用正在逐步增加以代替卤系阻燃剂，两者进行配合使用可以起到很好的阻燃效果。
3.含硅阻燃剂
有机含硅阻燃剂是一种新型的阻燃剂，包括有硅树脂和硅烷共聚物两种。目前较为典型的为美国通用公司生产的SFR-100有机硅阻燃剂，为硅酮聚合物，与聚磷酸铵、氢氧化物等协同使用，可以起到很好的阻燃效果。
4.无机阻燃剂
无机阻燃剂的阻燃机理为，阻燃剂受热分解产生水分的蒸发，形成水蒸气，吸收高分子材料燃烧的热量，降低燃烧温度，从而缓解和阻止燃烧的发生和继续；水蒸气同时起到可燃气体的稀释作用，降低可燃气体浓度；阻燃剂分解产生氧化铝和氧化镁等，与高分子塑料表面燃烧产生的炭化合物反应形成保护膜，在可燃气体和外界氧气与热量之间起到隔离作用，达到阻燃效果。无机阻燃剂具有阻燃效果好、自身稳定性好、不产生有毒或者腐蚀性气体、不产生二次污染等优点，是生产无卤阻燃剂的主要原料。当前主要的无机阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁和水滑石等。
5.本质阻燃剂
本质阻燃剂是指利用一些高分子材料自身化学结构的阻燃性进行高分子材料生产制作的阻燃技术。当前最为新型的本质阻燃剂高分子材料为芳基乙炔聚合物、芳香族酰胺-酰亚胺聚合物和乙炔-硅氧烷聚合物等。其中芳基乙炔聚合物的炭化层可以承受1500-2000℃的高温，可用于火箭和宇宙飞船设备中。本质阻燃剂高分子材料，从根本上解决了高分子材料易燃烧的问题，是高分子材料阻燃技术的重要发展方向，当前此技术的应用较为有限，主要受到成本较高和技术复杂等因素的限制。
三、高分子阻燃剂的发展趋势分析
1.纳米技术
国内外对纳米材料热稳定性的研究表明，采用纳米技术的复合材料如尼龙-层状硅酸纳米复合材料，当层状硅酸盐的含量为5%以下时，就可以达到很好的热稳定性，且不损坏材料的其他性能。纳米粒子填充技术，是当前主要的纳米阻燃技术，效果显著。
2.微胶囊技术
通过将高分子材料的分子物质运用微米级的微胶囊容器进行包裹，起到隔离和保护的作用，降低可燃性。微胶囊化是微胶囊阻燃技术的主要环节，当前主要的材料有天然高分子材料如蛋白质、纤维素等；人工合成高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚酰胺、环氧树脂等。微胶囊技术研究的关键在于对胶囊大小、厚度、强度和阻燃剂释放等相关因素对阻燃效果的影响。
3.膨胀技术
助燃剂膨胀技术，可以实现阻燃过程中有毒气体和烟雾的有效减少，受到人们的关注。炭化剂、发泡剂和炭化促进剂是膨胀阻燃技术的主要三种成分。膨胀阻燃技术最早用于电缆、建筑装饰和船舶的外涂装应用，当前主要的发展方向是应用于橡胶和塑料等材料。
四、结语
高分子材料在当前生产和生活的各个领域有着广泛的应用，同时带来燃烧、有毒气体等使用安全隐患。通过高分子材料阻燃技术的研究和开发，改善高分子材料的燃烧性能，对于更好的发挥高分子材料的优势和提高应用安全，具有重要的意义。
参考文献
[1]吴金坤.硅酮系阻燃剂及其阻燃技术[J].化工新型材料，2009（9）.
[2]欧育湘，李听.本质阻燃高聚物[J].高分子材料科学与工程，2010（16）.