高效滅火劑-阻燃劑科學頭條網

阻燃劑，賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑，主要是針對高分子材料的阻燃設計的；阻燃劑有多種類型，按使用方法分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。

添加型阻燃劑是通過機械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性的，目前添加型阻燃劑主要有有機阻燃劑和無機阻燃劑，滷系阻燃劑（有機氯化物和有機溴化物）和非滷。有機是以溴系、磷氮系、氮系和紅磷及化合物為代表的一些阻燃劑，無機主要是三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁，硅系等阻燃體系。

反應型阻燃劑則是作為一種單體參加聚合反應，因此使聚合物本身含有阻燃成分的，其優點是對聚合物材料使用性能影響較小，阻燃性持久。

為能夠增加高分子材料耐燃性的物質，主要用於高分子材料如塑料，橡膠、纖維等，而這些材料大多數是可以燃燒的。特別是塑料，要將其應用在交通運輸、建築、電工器材、航空、宇宙飛行等方面，就迫切需要解決其耐燃燒問題。阻燃劑的使用一般應具備以下幾個條件：不降低高分子材料的物性，如耐熱性、機械強度、電氣性能; 分解溫度不應太高，但在加工溫度下又不能分解; 耐久性好; 耐候性好; 價廉。

一般來講有機阻燃具有很好的親和力，在塑料中，溴系阻燃劑在有機阻燃體系中佔據絕對優勢，雖然在環保問題上“非議”多端但一直難以有其他阻燃劑體系取代。

在非鹵素阻燃劑中紅磷是一種較好的阻燃劑，具有添加量少、阻燃效率高、低煙、低毒、用途廣泛等優點；紅磷與氫氧化鋁、膨脹性石墨等無機阻燃劑復配使用，製成複合型磷/鎂；磷/鋁；磷/石墨等非滷阻燃劑，可使用阻燃劑量大幅降低，從而改善塑料製品的加工性能和物理機械性能。但普通紅磷在空氣中易氧化、吸溼，容易引起粉塵爆炸，運輸困難，與高分子材料相溶性差等缺陷，應用範圍受到了限制。為彌補這方面不足，可採用了微膠囊包覆工藝，使之成為微膠囊化紅磷。微膠囊化紅磷除克服了紅磷固有的弊端外，並具有高效，低煙，在加工中不產生有毒氣體，其分散性、物理、機械性能、熱穩定性及阻燃性能均有提高和改善。

阻燃科學技術是為了適應社會安全生產和生活的需要，預防火災發生，保護人民生命財產而發展起來的一門科學。阻燃劑是阻燃技術在實際生活中的應用，它是一種用於改善可燃易燃材料燃燒性能的特殊的化工助劑，廣泛應用於各類裝修材料的阻燃加工中。經過阻燃劑加工後的材料，在受到外界火源攻擊時，能夠有效地阻止、延緩或終止火焰的傳播，從而達到阻燃的作用。

阻燃劑分為物理混合的添加型阻燃劑和化學鍵合的反應型阻燃劑兩類。對阻燃劑物性的基本要求是：①與塑料及合成纖維的相容性好;②不改變原有物質固有的優良性能;③ 用量小、效果大;④加工溫度下不分解;⑤毒性小，燃燒時不產生毒性氣體;⑥成本低廉。可用作阻燃劑的物質很多，如磷酸烷基酯類：磷酸三丁酯、磷酸三(2-乙基己基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2，3-二氯丙基)酯、磷酸三(2， 3-二溴丙基)酯、Pyrol99等;磷酸芳基酯：磷酸甲苯-二苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸(2-乙基己基)-二苯酯等。雙環戊二烯類：氯丹酸酐等。脂肪族鹵代烴，尤其是溴化物：二溴甲烷、三氯溴甲烷、二氯溴甲烷及八溴二苯基氧化物、五溴乙基苯、四溴雙酚A等芳香族溴化物及其他滷代物。此外，還有磷酸三(二溴丙基) 酯及滷代環己烷及其衍生物、十溴聯苯醚及其衍生物。無機阻燃劑有碲化合物、羥基鋁、氫氧化鎂、硼酸鹽等。有機氮系阻燃劑如三嗪及其衍生物、三聚氰胺等單獨使用時效果不理想，但與磷系阻燃劑配合使用時，可起協同效應。像這類的複合型阻燃劑有兩類，其一是兩種阻燃劑的機械參混的復配阻燃劑;其二是同時含有氮、磷的化合物。前者如三聚氰胺和多聚磷酸酯組成的阻燃劑，尿素、雙氰胺與磷酸酯組成的阻燃劑;後者如季戊四醇磷酸酯的三聚氰胺鹽、環磷酰胺聚合物等。

阻燃劑的作用機理比較複雜，尚未十分明瞭。一般認為，鹵素化合物遇火受熱發生分解反應，分解出的鹵素離子與高分子化合物反應產生鹵化氫。後者與高分子化合物燃燒過程中大量增殖的活潑羥基遊離基 (HO·)反應，使其濃度降低，燃燒速度減慢，直到火焰熄滅。鹵素中，溴的阻燃作用比氯大。含磷阻燃劑的作用在於它們燃燒時形成偏磷酸，偏磷酸聚合成非常穩定的多聚態，成為塑料的保護層而將氧隔絕。

阻燃劑是通過若干機理髮揮其阻燃作用的，如吸熱作用、覆蓋作用、抑制鏈反應、不燃氣體的窒息作用等。多數阻燃劑是通過若干機理共同作用達到阻燃目的。

1、吸熱作用

任何燃燒在較短的時間所放出的熱量是有限的，如果能在較短的時間吸收火源所放出的一部分熱量，那麼火焰溫度就會降低，輻射到燃燒表面和作用於將已經氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會減少，燃燒反應就會得到一定程度的抑制。在高溫條件下，阻燃劑發生了強烈的吸熱反應，吸收燃燒放出的部分熱量，降低可燃物表面的溫度，有效地抑制可燃性氣體的生成，阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機理就是通過提高聚合物的熱容，使其在達到熱分解溫度前吸收更多的熱量，從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發揮其結合水蒸汽時大量吸熱的特性，提高其自身的阻燃能力。

2、覆蓋作用

在可燃材料中加入阻燃劑後，阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩定泡沫覆蓋層，隔絕氧氣，具有隔熱、隔氧、阻止可燃氣體向外逸出的作用，從而達到阻燃目的。如有機磷類阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒過程。

3、抑制鏈反應

根據燃燒的鏈反應理論，維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用於氣相燃燒區，捕捉燃燒反應中的自由基，從而阻止火焰的傳播，使燃燒區的火焰密度下降，最終使燃燒反應速度下降直至終止。如含滷阻燃劑，它的蒸發溫度和聚合物分解溫度相同或相近，當聚合物受熱分解時，阻燃劑也同時揮發出來。此時含滷阻燃劑與熱分解產物同時處於氣相燃燒區，鹵素便能夠捕捉燃燒反應中的自由基，干擾燃燒的鏈反應進行。

4、不燃氣體窒息作用

阻燃劑受熱時分解出不燃氣體，將可燃物分解出來的可燃氣體的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時也對燃燒區內的氧濃度具有稀釋的作用，阻止燃燒的繼續進行，達到阻燃的作用。

自20世紀50年代初至今的60多年間，特別是自20世紀80年代初至今的約30年間，阻燃劑(FR)及阻燃高分子材料在減少火災引起的生命財產損失方面發揮了重要的作用。當前，全球FR的總用量在各類塑料助劑中僅次於增塑劑而居第二位。

隨著國家對阻燃技術要求力度的加強，我國阻燃劑的開發和發展將出現更好的廣闊前景。我國阻燃劑無論是在品種上還是在數量上都與發達國家存在差距，開發前景廣闊，應該提高開發創新能力，推動阻燃劑工業朝著環保化、低毒化、高效化、多功能化的方向發展。 [2]

阻燃劑行業是法規推動型產業，也是全球競爭性產業，因此，國內外相關法律法規的相繼出臺和逐步完善，影響著整個阻燃行業的格局，為具有資源優勢、規模經濟優勢和研發優勢的企業提供發展的機會。我國“十二五”規劃把阻燃材料納入重點發展產業，並且組建了綠色阻燃劑產業技術創新戰略聯盟，為阻燃材料行業的發展提供了政策性的平臺。

阻燃劑的生產和應用在經歷了八十年代初的蓬勃發展後，已進入穩步發展階段。隨著我國合成材料工業的發展和應用領域的不斷拓展，阻燃劑在化學建材、電子電器、交通運輸、航天航空、日用傢俱、室內裝飾、衣食住行等各個領域中具有廣闊的市場前景。此外，煤田、油田、森林滅火等領域也促進了我國阻燃、滅火劑生產較快的發展。我國阻燃劑已發展成為僅次於增塑劑的第二大高分子材料改性添加劑。近幾年，我國阻燃劑的生產和消費形勢持續發展，國內阻燃劑消費量急劇上升，增加的市場份額主要來源於兩個方面：電子電器和汽車市場。

國內阻燃劑的品種和消費量還是以有機阻燃劑為主，無機阻燃劑生產和消費量還較少，但發展勢頭較好，市場潛力較大。阻燃劑中最常用的滷系阻燃劑雖然具有其他阻燃劑系列無可比擬的高效性，但是它對環境和人的危害是不可忽視的。環保問題是助劑開發和應用商關注的焦點，所以國內外一直在調整阻燃劑的產品結構，加大高效環保型阻燃劑的開發。無滷、低煙、低毒阻燃劑一直是人們追求的目標，故人們對阻燃劑無鹵化開發表現出很高熱情，投入了很大的力量，並取得了可觀的成果。

中國發展低煙無毒的無機阻燃劑迫在眉睫。氫氧化鎂作為無滷環保阻燃劑具有廣闊的應用前景，需要行業加大技術攻關力度，降低生產成本和產品價格。

1.棉織物的阻燃整理

棉織物的阻燃整理發展很快，目前國內比較成熟，阻燃劑基本可以工業化生產純棉耐久性阻燃整理，大體有下列三種方法﹕

A﹒Proban/氨燻工藝，Proban法是英國Wilson公司首先用於工業化生產，傳統的Proban法是阻燃劑THPC（四羥甲基氯化氨）浸軋後焙烘工藝，改良的方法是Proban/氨燻工藝，工藝流程為﹕浸軋阻燃整理→烘乾→氨燻→氧化→水洗→烘乾。國內已有北京光華、江陰印染廠、鞍山棉紡印染廠等引進國外的助劑和設備進行生產。這是公認的阻燃效果好、織物降強小、手感影響少的工藝。但由於設備問題限制了其推廣。

B﹒PyrovatexCP整理工藝。國內已有上海農藥廠、常州化工研究所、天津合材所、華東理工大學、青島紡織服裝學院等單位生產該助劑。產品的阻燃性能較好，耐久性好，可耐家庭洗滌50次甚至200次以上，手感良好，但強力降低稍大。國內使用該類阻燃劑的廠家有二、三十家。

純棉暫時性、半耐久性阻燃整理——電熱毯、牆布、沙發布等織物的阻燃耐洗次數要求不是很高，這類產品做暫時性或半耐久性阻燃整理即可。即能耐1～15次溫水洗滌，但不耐皂洗。主要有硼砂～硼酸工藝、磷酸氫二銨工藝、磷胺工藝、雙氰胺工藝等。上述工藝應用在純棉織物上工業化生產的不多。青島大學紡織服裝學院的SFR-203屬半耐久性阻燃整理劑。

2.毛織物的阻燃整理

羊毛具有較高的回潮率和含氨量，故有較好的天然阻燃性，但若要求更高的標準，則需進行阻燃整理。最早的羊毛阻燃整理是採用硼砂、硼酸溶液浸漬法，產品用於飛機上的裝飾用布。這種方法阻燃效果良好，但不耐水洗。60年代後採用THPC處理，耐洗性較好，但工序繁複，手感粗糙，失去了毛織物的品格。國際羊毛局研究的方法是採用鈦、鋯和羥基酸的絡合物對羊毛織物整理，獲得滿意的阻燃效果，且不影響羊毛的手感，故得到普遍採用。主要有鈦、鋯、鎢等金屬絡合整理劑。80年代後期以來，國內有幾個單位研究開發毛用阻燃劑及整理工藝，獲得了滿意的結果。天津合成材料研究所研製了複合型WFR-866系列阻燃劑，一種為WFR-866F（以氟的絡合物為主要成份），一種為WFR-866B（以含溴羥基酸為主要成份）。天津仁立毛紡廠、北京制呢廠、北京毛紡廠均採用廬阻燃劑處理精、粗紡產品。青島大學紡織服裝學院研製了SFW系列毛用阻燃劑，與濟寧毛紡廠、濰坊第二毛紡廠合作開發純毛阻燃產品，產品阻燃性能達到和超過了國內外同類產品水平。

純毛阻燃織物主要應用於飛機艙內、高級賓館等地毯、窗簾、貼牆材料等。

3.滌綸織物的阻燃整理

滌綸織物的阻燃整理到目前為止，還沒有找到一種適宜的理想阻燃劑。三磷酸酯（2、3-二溴丙基）（TDBPP）對滌綸阻燃有一定效果，但有致癌作用。美國莫倍爾公司（Mobilchemco）推出一種Antiblaze19T阻燃劑，適於100%滌綸織物，效果較好，毒性不大。國內常州化工研究所製造的FRC-1即屬同類產品，常州針織總廠、上海針織廠用該阻燃劑生產純滌綸針織品。此外對含溴、銻化合物的整理劑如十溴聯苯醚、六溴環十二烷、三氧化二銻、五氧化二銻等都進行了研究，在工作液中添加粘合劑，將阻燃劑粘合於織物上。

但總的來說，整理織物阻燃性尚可，但手感硬，有白霜現象、色變等，整理液的穩定性也不好。主要原因是阻燃劑粒度大，易聚沉，且對纖維吸附性差。據國外介紹，粒子大小在15～20nm，則阻燃效果可提高3倍，手感柔軟，耐洗性也好。國內對滌綸織物進行研究的有﹕常州化工研究所、常州針織總廠、常熟緯編總廠、遼寧市經編廠、中國紡織大學、青大紡織服裝學院、石家莊紡織經編廠等。

阻燃劑主要應用在交通運輸、電子電氣設備、傢俱以及建築材料領域。添加阻燃劑並不能讓材料獲得完全抵抗烈火的能力，不過它依然可以減少火災發生，併為身陷火場的人們贏得寶貴的逃生時間。在起火的空間中，由於易燃氣體和熱量的聚集，可能會發生“閃燃”現象——各種易燃物質都在1~2秒時間內同時起火。而阻燃劑的出現，可以有效避免這種情況。以塑料外殼的陰極射線管電視為例，假如它沒有經過阻燃處理，在起火時留給人們的逃離時間少於2分鐘，而在阻燃劑的幫助下，逃離時間可以提升至30分鐘以上。

阻燃劑在防火安全中的作用已經得到了證實。據歐盟委員會評估，過去10年中阻燃劑的使用使歐洲的火災死亡人數減少了20%。2009年由英國政府進行的Greenstreet Berman研究表明，自《傢俱與室內陳設消防安全法規》頒佈後，在2002年至2007年間，火災死亡案例年均減少54例，非致命燒傷案年均減少780例，火災事故年均減少1065例，而傢俱的防火處理也離不開阻燃劑。

2018年美國多處森林大火，雖然擁有世界上最完善的森林火災應對機制以及滅火裝備，但是對於同時這麼多處火場也是有些捉襟見肘了！可以說現在美國西部的滅火不亞於一場戰爭，各種先進裝備都投入到了滅火工作中，其中就有世界上最大的滅火機——波音747“超級滅火”飛機（Evergreen 747 Supertanker）。