环保阻燃剂的发展趋势及应用研究「分析概括阻燃剂的发展方向」

阻燃剂，赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要是针对高分子材料的阻燃设计的，增加高分子材料耐燃性的物质，它是一类能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰继续蔓延的添加剂。

一般来讲有机阻燃具有很好的亲和力，在塑料中，溴系阻燃剂在有机阻燃体系中占据绝对优势，虽然在环保问题上“非议”多端，但一直难以有其他阻燃剂体系取代。

阻燃剂有多种类型，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂：

高聚物的燃烧机理：

其燃烧过程一般包括加热、熔融、解聚、分解、氧化着火、燃烧、延燃等步骤。

高聚物热分解产生的可燃性气体的燃烧过程是一个自由基连锁反应，高聚物起燃敏感性及燃烧速度与燃烧过程中产生大量高活性的•OH和O•有密切的关系。

高聚物燃烧时的发烟机理：

关于高聚物燃烧时产生黑烟的机理，最具代表性的是碳双键缩聚机理。即分解产生的可燃性气体因聚合而生成芳香族或多环高分子化合物，进而缩聚石墨化生成炭粒子，混入气体中形成黑烟。

1、高聚物热分解过程中产生的气体分子结构中的C/H比值大小有关，C/H值大的气体分子燃烧时易析出多余的碳，发黑烟性大。

2、高聚物中添加含芳香族环的增塑剂（如芳烃油、DOP、DBP等）量较大时，其燃烧时也会产生黑烟。添加阻燃剂时有使发烟量增大的趋势。

3、高聚物在供氧不足环境下不完全燃烧时也会冒黑烟。这是由于热分解燃烧不充分而生成碳原子数较多（6个及以上）的化合物所致，其在不完全燃烧时释出大量的炭粒子而冒黑烟。

4、高聚物脱水生成的水蒸气在空气中冷凝后与烟气结合形成大量的烟雾。

阻燃机理：

在高聚物燃烧的过程中能够阻止或抑制其物理的变化或氧化反应速度，这是阻燃剂发挥阻燃作用的主要原因。

1、吸热效应

化合物受热分解或释放出结晶水或脱水，因其吸热而使材料的温度上升受到抑制，从而产生阻燃效应，称为吸热效应。如硼砂、氢氧化铝、碳酸钙等因此而起到阻燃作用。

2、覆盖效应（隔绝效应）

阻燃剂在较高温度下生成稳定的覆盖层或分解生成泡沫状物质，覆盖于高聚物表面，使高聚物材料因热分解而产生的可燃性气体难以逸出，并对材料起隔热和隔绝空气的作用，从而达到阻燃的效果。如磷酸酯类化合物和防火发泡涂料等。

3、稀释效应

其作用机理是在受热分解时能够产生大量的不可燃性气体，使高聚物材料所产生的可燃性气体被稀释而达不到可燃的浓度范围。如CO2、NH3、HCl、H2O等可作为稀释气体。磷酸铵、氯化铵、碳酸铵等在加热时能产生这种不燃性气体。

4、转移效应

其作用是改变高聚物材料热分解的模式，从而抑制可燃性气体的产生。例如，利用酸或碱使纤维素产生脱水反应进而使分解分解成为炭和水，而不是可燃性气体，这样也就不能着火燃烧了。氯化铵、磷酸铵等的阻燃作用既是。

5、抑制效应

这是一类能够切断着火燃烧自由基连锁反应的抑制剂。这类物质可以与•OH反复反应而生成H2O，切断了自由基的反应链，抑制氧化反应发生，使其不致于激烈到起火的程度，即它在强烈的热源环境下，着了火也会在外热源离开后，因热量少而不能维持燃烧，离火自熄。常用的溴类、氯类等有机卤素化合物就有这种抑制效应。

6、协同效应

这里主要是阻燃剂的并用。有些化合物单独使用无阻燃效果或效果不大，采取并用能增强阻燃效果。如三氧化二锑/磷与卤素化合物并用，可大大提高阻燃效率，而且能减少阻燃剂的总用量；现在高效的复合阻燃剂。

自20世纪50年代初至今的60多年间，特别是自20世纪80年代初至今的约30年间，阻燃剂(FR)及阻燃高分子材料在减少火灾引起的生命财产损失方面发挥了重要的作用。当前，全球FR的总用量在各类塑料助剂中仅次于增塑剂位居第二位。

随着国家对阻燃技术要求力度的加强，我国阻燃剂的开发和发展将出现更好的广阔前景。我国阻燃剂无论是在品种上还是在数量上都与发达国家存在差距，开发前景广阔，应该提高开发创新能力，推动阻燃剂工业朝着环保化、低毒化、高效化、多功能化的方向发展。

01 阻燃剂的应用将进一步扩大化、深入化

欧美发达国家的阻燃剂应用时间很长，阻燃剂的应用已经十分普遍，伴随人们在环保、安全及健康方面意识的加强，近些年来这些阻燃剂成熟市场的发展方向逐渐转向开发以“无溴化”为代表的新型环保型阻燃剂，各类新型阻燃剂产品不断面世。在中国，虽然2008年的阻燃剂产量在18万吨-22万吨左右，但是这些阻燃剂大多数直接或经初步加工后间接的出口至国外，较少应用在本国。以塑料为例，2012年前后，全球塑料中约有10%添加阻燃剂，而目前中国阻燃塑料占塑料制品的比例只有2%左右，低于世界平均水平，更低于欧美等发达国家和地区，其原因主要是因为目前国内对于材料的阻燃要求还未到强制性执行的程度。

由此可见，阻燃剂在国内市场的发展潜力还很巨大，随着中国以及其他新兴市场防火阻燃方面法律法规的进一步健全和落实，阻燃剂的应用区域及需求规模将进一步扩大。

阻燃剂主要应用于塑料行业，其次橡胶行业。一般，氧指数超过 27 %的为自熄性材料，低于该数值为易燃材料，而氧指数更高的为难燃材料。基本上不含卤素的橡胶均为易燃材料，含卤素橡胶和主链为无机物的橡胶(如氯磺化聚乙烯、氯丁橡胶、硅橡胶等)具有优良的阻燃性能。通常橡胶需要阻燃的材料有EPDM、NBR、IIR、NR等。

阻燃剂广泛应用于汽车、铁路、建筑、家电等众多领域。

02 新兴市场阻燃立法将趋于完善

在以中国为代表的新兴市场中，阻燃剂的发展历史较短。在中国，虽然国家已经出台《公共场所用阻燃制品燃烧性能要求和标识》、《建筑材料燃烧性能分级方法》、《高层民用建筑设计防火标准》等阻燃方面法律法规，但是由于成本、观念和管理等方面的原因，这些法律法规的实际执行情况一直不好，以至于像“上海11.15 教师公寓楼火灾”、“北京2.9 央视新址火灾”、“温州12.12 温富大厦火灾”等事故频繁发生，这些火灾造成重大生命财产损失的主要原因就是建筑材料的阻燃性能不符合规定导致火焰蔓延速度迅速，假如将材料经过阻燃处理的话，火焰的引燃和传播速度将大大降低，从而减少火灾发生的可能，为火灾的救助争取大量宝贵的时间。随着中国经济的发展，人们的安全意识会越来越强，阻燃剂方面的法律法规也会更加完善，在监管方面最终会像欧美发达国家一样对材料的阻燃性能进行强制性要求，从而带动阻燃剂的市场需求。

阻燃法规：

国内与阻燃材料相关的法规及政策：

03 阻燃剂的环保无溴化趋势将日益明显

卤系阻燃剂自上世纪60年代就被人们广泛应用，其受欢迎的原因是因为阻燃的高效性以及与材料的相容性好，其中溴系阻燃剂是最主要的产品。由于卤系阻燃剂应用历史较长，短时间内很难找到在性能、价格及环保安全方面将其完全替代的产品，因此卤系阻燃剂不会在短时间内退出市场，但是经过50年的应用，人们在全球很多地方的土壤、水体、大气、食物链甚至人类的母乳中发现溴系阻燃剂的痕迹，虽然其浓度未达到致命水平，但是已经引起环保组织和各国政府和人民的高度重视和警惕。目前已经有数类卤系阻燃剂或成分被欧盟《RoHS 指令》及联合国环境署发布的《斯德哥尔摩公约》等法规限制或禁用，其他卤系阻燃剂也普遍被人们质疑，在这种背景下，全球各顶级塑料制品生产商都已经计划或拟定了不再使用被禁卤系阻燃剂的最后期限，并且开始积极研发各类新型环保型阻燃剂。

玄珞FR系列阻燃剂引领无卤阻燃剂：超细化、活性化、功能化及复合化：

04 通过复配增效提高阻燃性能将成为趋势

阻燃剂复配技术是指，在磷系、卤系、氮系和无机系阻燃剂之间，或者某类阻燃剂内部进行复合化。由于阻燃剂在实际应用中，单一的阻燃剂往往存在某种缺陷，难以满足人们越来越高的要求，因此通过阻燃剂复配技术，可以综合两种或两种以上阻燃剂的长处，并取长补短，最大限度的发挥阻燃剂的协同效果，以达到减少用量，增强阻燃效果等作用。

玄珞新材料是专业研发与生产新材料的创新型公司。经过多年专家团队的研发与公关，开发了GreenThinking FR 系列高效复合无卤阻燃剂，广泛应用于橡塑无卤阻燃的各种场合。

无卤系列阻燃机理：

受热时FR系列在产品表面分解产生一层粘稠结壳隔离物，隔离燃烧过程中氧、热及小分子扩散。分解自由基与促进燃烧进行的H·和OH·反应，终止燃烧链反应，同时会释放出水和二氧化碳，并高效吸收大量产生的热量，起到抑制火焰作用，此外燃烧形成多孔泡沫炭层对高分子材料起阻燃作用。多孔炭层可以同时阻止热解产生的气体扩散及外部氧气扩散到未裂解高分子材料表面, 使燃烧的高分子材料得不到足够氧气和热能而自熄，从而达到高效阻燃目的。

GreenThinking FR无卤系列优点：

由于其不含多溴联苯、多溴二苯醚、氯、氟、三氧化二锑等卤素类阻燃剂。具有阻燃效率高、消烟、低烟、无毒、无卤，符合欧盟Rohs和WEEE环保指令，相对目前市场同等产品具有阻燃效率高，产品经过特殊表面处理，易分散，物理性能表现优异，密度相对低，成型加工方便，属于无卤高效环保型协同阻燃剂。被广泛应用于轨道交通部件、电子电气部件、汽车、石油煤矿、建筑等行业阻燃橡胶与塑料、电缆等阻燃制品中。

（1）FR系列在橡胶中的优异表现：

1.高效协同阻燃，很容易达到V0级；

2.无卤，符合日益增加环保要求；

3.符合欧盟Rohs、WEEE环保指令；

4.挤出产品光滑，物性好，低烟；

5.产品比重相对较低。

（2）胶料加工性的良好表现：

1.在胶料中有良好的分散性；

2.胶料流动性好，易挤出，尺寸稳定性佳；

3.混炼时的能耗较小；

4.缩短正硫化时间。

（3 ）FR无卤系列主要特性：

1.片状结构；

2.比表面积大；

3.粒径小、粒径分布合理；

4.杂质含量低、无毒、无味。