塑料材料加入含鹵阻燃劑不僅會對環(huán)境造成負(fù)面影響，而且在燃燒過程中會產(chǎn)生大量有毒、有腐蝕性的氣體和煙霧，火災(zāi)過程中容易導(dǎo)致人員窒息死亡，導(dǎo)致火災(zāi)的程度增加。

而無鹵阻燃劑具有環(huán)保、安全、抑煙、無毒和價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，接下來我們一起來看下無鹵阻燃劑的類型和作用機(jī)理。

目前塑料無鹵阻燃劑的類型主要有：無機(jī)阻燃劑、無鹵膨脹型阻燃劑、有機(jī)磷系阻燃劑、有機(jī)硅系阻燃劑、氮系阻燃劑等五種類型。

無機(jī)阻燃劑具有穩(wěn)定性好，低毒或無毒，貯存過程中不揮發(fā)、不易從塑料中析出，原料來源豐富，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，兼具阻燃、填充雙重功能。無機(jī)阻燃劑主要包括Sb₂O₃、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、無機(jī)磷系等。

三氧化二銻(Sb₂O₃)是無機(jī)阻燃劑中使用最為廣泛的品種。它單獨(dú)使用時(shí)效果不佳，常與有機(jī)鹵化物并用，起協(xié)效作用。它具有優(yōu)良的阻燃效果，可廣泛用于聚氯乙烯(PVC)和聚烯烴類及聚酯類等塑料中。但它對鼻、眼、咽喉具有刺激作用，吸人體內(nèi)會刺激呼吸器官，與皮膚接觸可以引起皮炎，使用時(shí)應(yīng)注意防護(hù)。

氫氧化鋁(ATH)₃氫氧化鋁習(xí)慣上稱為水合氧化鋁。為白色細(xì)微結(jié)晶粉末，含結(jié)晶水34.4%，200℃以上脫水，可大量吸收熱量。另外，ATH加入到塑料中，在燃燒時(shí)放出的水蒸氣白煙將聚合物燃燒產(chǎn)生的黑煙稀釋，起掩蔽作用，因此又具有減少煙霧和有毒氣體的作用。

氫氧化鎂Mg(OH)₂比氫氧化鋁阻燃性能稍差，在塑料中添加量大，會影響到力學(xué)強(qiáng)度。經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后，可改善其與樹脂的結(jié)合力，使之兼具阻燃和填充雙重功能。常用于環(huán)氧樹脂(EP)、酚醛樹脂(PF)、不飽合聚酯(UP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)等。

無機(jī)磷系阻燃劑主要指紅磷。它是一種性能優(yōu)良的阻燃劑，具有高效、抑煙、低毒等阻燃效果，作為阻燃劑使用已有20余年，是一種受到高度重視的阻燃劑，可在多種塑料中使用，但一般需與其他助劑配合，才能發(fā)揮其阻燃作用。紅磷阻燃劑的缺點(diǎn)主要有：在使用時(shí)穩(wěn)定性差、易燃易爆炸、易氧化成酸；與空氣長期接觸會放出劇毒的磷化氫；自身為紅色，易使制品著色；紅磷也容易吸潮，與聚合物兼容性較差，從而限制了其作為阻燃劑的廣泛應(yīng)用。其他無機(jī)阻燃劑包括阻燃增效劑、阻燃抑煙劑以及一些用量較少的阻燃劑，主要有：鉬系化合物、硼酸鹽、層狀硅酸鹽、錫系化合物(錫酸鋅和羥基錫酸鋅)等。

無鹵膨脹型阻燃劑(IFR)是以磷、氮為主要成分的無鹵阻燃劑。它具有高阻燃性、無熔融滴落、對長時(shí)間或重復(fù)暴露在火焰中有極好的抵抗性，無鹵、無氧化銻，低煙、無毒、無腐蝕性氣體產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)。IFR主要由三部分組成：第一部分是酸源又稱脫水劑或炭化促進(jìn)劑。通常為無機(jī)酸或無機(jī)酸化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、磷酸銨鹽、磷酸酯及聚磷酸銨(APP)等，可與樹脂作用，促進(jìn)炭化物的生成；第二部分是炭源又稱成炭劑，主要為一些含碳量較高的多羥基化合物或碳水化合物，如淀粉、季戊四醇(PER)及其二聚體和三聚體等；第三部分是氣源又稱發(fā)泡源，可釋放出惰性氣體，為含氮類化合物，如尿素、三聚氰胺(MEL)、雙氰胺、APP等。由于普通的膨脹型阻燃劑易吸潮，添加量大，同塑料的相容性差，所以還需要對其改性以提高其與塑料的相容性或讓其與具有協(xié)同作用的物質(zhì)共用，以提高阻燃效果。

在各類阻燃劑中，磷系阻燃劑，特別是有機(jī)磷系阻燃劑，占有重要地位。對有機(jī)磷系阻燃劑的研究起始于本世紀(jì)初，有機(jī)磷系阻燃劑大都具有低煙、無毒、低鹵、無鹵等優(yōu)點(diǎn)，符合阻燃劑的發(fā)展方向，具有較好的發(fā)展前景。有機(jī)磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、有機(jī)磷鹽和氧化磷，還有磷雜環(huán)化合物及聚合物磷(膦)酸酯等，但應(yīng)用最廣的是磷酸酯和膦酸酯。在有機(jī)磷阻燃劑分子設(shè)計(jì)中，把氮元素或硅元素引入其中而得到的磷-氮阻燃劑或磷-硅阻燃劑往往可以發(fā)揮兩者的協(xié)同阻燃作用。雙酚A雙(二苯基磷酸酯)(BDP)和間苯二酚雙(二苯基磷酸酯)(RDP)是近年來開發(fā)出的新型無鹵環(huán)保有機(jī)磷類阻燃劑，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。與傳統(tǒng)有機(jī)磷阻燃劑相比，BFP與RDP具有相對分子質(zhì)量大、熱穩(wěn)定性高、揮發(fā)性低以及阻燃效率高等特點(diǎn)。BDP在熱穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性方面比RDP略為優(yōu)越，作為添加型阻燃劑，主要用于熱塑性工程塑料如PC/ABS共混物、聚乙烯及泡沫聚氨酯中，表現(xiàn)出十分優(yōu)異的阻燃效果。

有機(jī)硅阻燃劑是一種新型高效、低毒、防熔融滴落、環(huán)境友好的無鹵阻燃劑，也是一種成炭型抑煙劑。有機(jī)硅阻燃劑在賦予基材優(yōu)異的阻燃性能之外，還能改善基材的加工性能、耐熱性能等。目前，有機(jī)硅阻燃劑主要有硅樹脂阻燃劑和聚硅硼氧烷阻燃劑。阻燃的方法可以是直接將有機(jī)硅阻燃劑加入到塑料中，也可以是將一些帶官能團(tuán)(如端羥基、氨基或環(huán)氧基)的聚硅氧烷鏈段嵌入到一些聚合物中。

氮系阻燃劑主要為添加型，常用的氮系阻燃劑有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸(MCA)等。

單獨(dú)使用氮系阻燃劑阻燃效果不佳，但與含磷阻燃劑結(jié)合而成的膨脹型阻燃劑體系，其阻燃效果就很好。

不同的阻燃劑具有不同的阻燃作用，其機(jī)理比較復(fù)雜，至今還在不斷研究之中。

在高溫下，有的阻燃劑可以在塑料的表面形成一層隔離膜，隔絕了空氣，從而起到阻止傳遞熱量，降低可燃性氣體釋放量和隔絕氧的作用，從而達(dá)到阻燃目的。這類阻燃劑可分為兩種情況：

（1）阻燃劑在燃燒溫度下分解成為不揮發(fā)、不氧化的玻璃狀薄膜，覆蓋在材料的表面上，可隔離空氣(或氧氣)，且能使熱量反射出去或降低熱導(dǎo)率，從而起到了阻燃的效果。如硼酸、水合硼酸鹽即屬于此類。

（2）阻燃劑在燃燒溫度下可使材料表面脫水炭化，形成一層多孔性隔熱焦炭層，從而阻止熱的傳導(dǎo)而起阻燃作用，稱為凝聚相阻燃機(jī)理。

阻燃劑能在中等溫度下立即分解出不燃性氣體，稀釋可燃性氣體，阻止燃燒發(fā)生。如含鹵阻燃劑即為此類代表，有機(jī)鹵素化合物受熱后釋放出HX不燃性氣體。

阻燃劑在高溫時(shí)劇烈分解吸收大量熱能，降低了環(huán)境溫度，從而阻止燃燒繼續(xù)進(jìn)行。如氫氧化鋁與氫氧化鎂，當(dāng)其受熱分解時(shí)釋放出結(jié)晶水，吸收大量的熱量，的水蒸氣降低了可燃性氣體的濃度，并使材料與空氣隔絕；同時(shí)生成的耐熱金屬氧化物Al₂O₃和MgO還會催化聚合物的熱氧交聯(lián)反應(yīng)，在聚合物表面形成一層炭化膜，減弱材料燃燒時(shí)的傳熱、傳質(zhì)效應(yīng)，從而不僅起到阻止燃燒的作用，還起到了消煙的作用。AI(OH)₃分解溫度范圍為235~350℃，吸熱量為968J/g。由于其分解溫度較低，因此，作為阻燃劑通常只適用于加工溫度較低的塑料。與Al(OH)₃相比，Mg(OH)₂具有更好的熱穩(wěn)定性，更強(qiáng)的促進(jìn)基材成炭和提高氧指數(shù)的能力；分解溫度高達(dá)340~490℃，能滿足許多塑料樹脂的混煉和加工成型，并可使添加Mg(OH)₂的高分子材料能承受更高的加工溫度，利于加快擠塑速率，縮短模塑時(shí)間；同時(shí)在制備過程中無有害物質(zhì)排放，因此，可在許多場合替代Al(OH)₃。

阻燃劑的分解產(chǎn)物易與活性自由基反應(yīng)，降低某些自由基的濃度，使燃燒中起關(guān)鍵作用的連鎖反應(yīng)不能順利進(jìn)行。如含鹵阻燃劑在燃燒溫度下分解產(chǎn)生的不燃性氣體HX，能與燃燒過程中的活性自由基HO·反應(yīng)，將燃燒的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)切斷，達(dá)到阻燃的目的。

紅磷阻燃就是用該機(jī)理進(jìn)行阻燃。紅磷受熱分解后形成具有極強(qiáng)脫水性的偏磷酸，從而使燃燒的聚合物表面炭化；炭化層既可以阻止可燃?xì)怏w的放出，又具有吸熱作用。另外紅磷與氧形成PO·自由基進(jìn)入氣相后，可捕捉大量H·和HO·自由基，從而起到阻止燃燒作用。

（1）阻燃效率高，可賦予塑料材料良好的難燃性；

（2）與塑料用樹脂的相容性好，可較好地分散在樹脂中形成均相體系；

（3）在塑料的加工溫度下不分解；

（4）不降低塑料的力學(xué)性能、電性能、耐候性能等；

（5）耐久性好，能長期保留在塑料中起到阻燃作用；

（6）無毒、無臭、無污染，在阻燃過程中不產(chǎn)生有毒氣體，不產(chǎn)生二次污染。