今年年初，全球領先的諮詢公司德勤發佈了一項預測：預測電動車年度銷量將從2018年的200萬臺繼續快速增長,預計到2030年達到2100萬臺左右。屆時全球電動車銷量將佔新能源汽車總銷量的70%。
新能源汽車的盛行得益於政策支持以及技術發展，目前我國已成為全球第一大新能源汽車市場。
然而近段時間新能源汽車安全事故頻發，其中不乏國內國際知名品牌電動車自燃，加劇了公眾對新能源汽車安全的擔憂。
電動車自燃的原因主要包括：
1.碰撞引起燃燒；
2.電池散熱不足引起燃燒，常見於靜態停車中；
3.系統短路引起燃燒；
4.電控系統等出現問題，在充電過程中的燃燒。
從根本上解決電池電控的安全性能是目前發展的技術瓶頸。意外發生時，能否保證司乘人員有充足的逃生時間成為重點考慮的問題。因此，新能源汽車應充分考慮使用阻燃性材料。
阻燃劑簡介
阻燃劑(flame retardant)是用以改善材料抗燃性的物質，即阻止材料被引燃及抑制火焰傳播的助劑。阻燃劑主要用於天然和合成高分子材料。含有阻燃劑的材料可防止引發火災和抑制小火發展成災難的大火。
人類最早的阻燃劑歷史可追溯至鍊金術和羅馬時代，據Claudius 年鑑記載，在公元前83年，即用 alum 溶液處理木城堡以阻燃。有關織物的阻燃，最早記載是 Nikolas Sabbatini在1638年發表的文獻，建議用陶土(2m203·6Si02·3qH20)和熟石膏(CaS04·0．5H20)作為填料加入塗料中以用於處理劇院的帆布窗簾而使其獲得阻燃性......
1786年，Arfird首先建議採用硫酸銨作為阻燃混合物的組分；
1820年，Gay-Lussac發現硫酸銨、磷酸銨鈉、錫酸銨和磷酸銨與氯化銨的混合物對纖維索有效；
在1913年，著名的化學家 W.Y.Perkin 對當時流行的棉絨的阻燃進行了廣泛的研究。他將棉絨先用錫酸鈉授漬，再用硫酸銨溶液處理，然後水洗、乾燥，使處理過程中生成的氧化錫阻燃劑進入纖維中。
此外，他對紡織品的阻燃處理提出了一系列基本要求，如阻燃耐久性好、不應該損害織物手感、不影響印染、無毒、成本低等。
高分子合成材料的出現對阻燃技術的發展有著極其重要的意義，因為水溶性的無機鹽對這些疏水性極強的材料幾乎沒有什麼用處。因此，人們開始研製與高聚物具有相容性的阻燃劑。對阻燃荊化學發展方向影響最大的重要進展可歸納為如下幾個方面：
01
氯化石蠟和氧化銻
第二次世界大戰期間，軍隊的帆布帳篷需要阻燃和防水處理，這導致了氯化石蠟、氧化銻和膠粘劑複合阻燃劑的研製成功。這是首次明確鹵素一銻的復配具有協同阻燃作用，也是首次採用有機鹵素化合物取代以前流行的無機鹽作阻燃劑。
02
反應型阻燃劑
反應型阻燃體系可能對聚酯更適合，使阻燃劑在聚酯的合成階段和最終產晶的製作階段化學結臺到聚酯上，使產品具有永久性的阻燃性能。第一個含有反應性阻燃單體的阻燃聚酯是Hooker電化公司在50年代初期研製出來的，反應性單體為氯菌酸。這一開創性的研究迅速推廣到各種含磷和滷索的反應性單體，如四溴鄰苯二甲酸酐、氯化苯乙烯和四溴雙酚A等，後者在各種聚合物體系中得到了廣泛的應用。
03
阻燃劑填料
大多數滷索添加劑(氯化石蠟)在高的成型溫度下很不穩定。於是，在1965年開始採用惰性阻燃劑填料，確立了兩種新的聚合物阻燃方法。一種是採用熱穩定性好的氯化多元環化合物，雙(六氯環戊二烯)環辛烷“代號l，5-COD-diHⅨ，含氯量65％以上，熔點350"C。它高的氯含量和填判作用不僅增加了原始聚合物的熱變形性能和彎曲模量，而且在高溫和多水環境下基本上不遷移。因此，1，5-COD-diHEx至今仍是一種較好的阻燃劑。
01
聚合物阻燃機理
1
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氣相阻燃機理
氣相阻燃機理是指在氣相中斷或延緩鏈式燃燒反應的阻燃作用，下述幾種情況的阻燃屬於氣相阻燃。
（1）阻燃材料受熱或燃燒時能產生自由基抑制劑，從而使燃燒鏈式反應中斷。應用廣泛的滷一銻協同體系主要按此機理產生阻燃作用。
（2）阻燃材料受熱或燃燒時能產生成細微粒子，它們能促進自由基相互結合以終止燃燒反應。
（3）阻燃材料受熱或燃燒時釋放出大量惰性氣體或高密度蒸汽，前者可稀釋氧和氣態可燃物，並降低此可燃氣的溫度，致使燃燒終止。後者覆蓋於可燃氣上，隔絕它與空氣的接觸，因而使燃燒窒息。
2
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凝聚相阻燃機理
凝聚相阻燃機理是指在凝聚相中延緩或中斷阻燃材料熱分解而產生的阻燃作用。以下幾種屬於凝聚相阻燃。
（1）)阻燃劑在固相中延緩或阻止可產生可燃燒氣體和自由基的熱分解。
（2）阻燃村料中比熱容較大的無機填料，通過蓄熱和導熱使材料不可以達到熱分解溫度。
（3）阻燃劑受熱分解吸熱，使阻燃材料溫升減緩或中止。工業上大量使用的氫氧化鋁及氫氧化鎂均屬此類阻燃劑。
（4）阻燃材料燃燒時在其表面生成多孔炭層，此層難燃、隔熱、隔氧，又可阻止可燃氣進入燃燒氣相，致使燃燒中斷。膨脹型阻燃劑即按此機理阻燃。
3
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中斷熱交換阻燃機理
這是指將阻燃材料燃燒產生的部分熱量帶走，致使材料不能維持熱分解溫度，因而不能持續產生可燃氣體，於是燃燒自熄。
例如，當阻燃材料受強熱或燃燒時可熔化，而熔融材料易滴落，因而將大部分熱量帶走，減少了反饋至本體材料的熱量，致使燃燒延緩，最後可能終止燃燒。所以，易熔融材料的可燃性通常都較低，但低落的灼熱的液滴，可以引燃其他物質，增加潛在危險性。
4
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協同作用機理
將現有的阻燃劑進行復配，使各種作用機理共同發生作用，達到降低阻燃劑用量並起到更好的阻燃效果。
02
阻燃劑的種類
滷系阻燃劑
滷系阻燃劑是目前世界上產量最大的阻燃劑，添加量少、阻燃教果顯著。目前聚烯烴阻燃應用較多的是含氯或溴的阻燃劑。滷系阻燃劑在受熱時分解產生鹵化氫HX，FIX通過兩種機理起阻燃作用：
(1) 自由基機理，消耗高分子降解產生的自由基HO’使其濃度降低，從而延緩或中斷燃燒的鏈反應；
(2) 表面覆蓋機理HX是一種難燃氣體，密度比空氣大，可以在高分子材料表面形成屏障，使可燃性氣體濃度下降，從而減慢燃燒速度甚至使火焰熄滅。
滷系阻燃劑有良好的阻燃效果。其阻燃機理也比較清楚，作為商品己有多年的歷史了，但其阻燃的同時，也帶來了一些嚴重的問題，放出大量的有毒氣體(如HCI，HBr等)，鹵化氫氣體易吸收空氣小的水分形成氫鹵酸，具有很強的腐蝕作用，造成二次公害：產生大量的煙霧；對加工設備也有嚴重的腐蝕性。
2019年12月5日，歐盟發佈法規(EU) 2019/2021，制定了歐盟能源相關產品生態設計指令（ErP指令，2009/125/EC）中有關電子顯示器的生態設計要求，禁止在電子顯示器的外殼和支架中使用滷系阻燃劑；大於50g的塑料部件應清楚地標識材質類型，如果含有阻燃劑還需標識阻燃劑的相應信息，新法規將於2021年3月1日正式實施。
氯類阻燃劑
氯類阻燃劑主要是以氯化石蠟為主。隨著應用領域的不斷開拓，氯類阻燃劑正朝著低汙染、高純度、高熱穩定性、高含氯量(72％以上)以及裝置規模大型化等方向發展，其代表產品是氯化石蠟-70，氯化聚乙烯等，氯化石蠟-70作為添加型滷類阻燃劑，質優價廉，原料易得，用途廣泛，與磷類阻燃劑和金屬氯化物阻燃劑等具有良好的協同作用，市場需求較大，具有良好的開發利用前景，值得大力開發。
溴類阻燃劑
溴系阻燃劑的分解溫度大多在200℃～300℃，與各種高聚物材料的分解溫度相匹配，因此能在最佳時刻，於氣相及凝聚相同時起到阻燃作用，添加量最小、阻燃效果最好，是目前應用晟為廣泛的阻燃劑。
溴系阻燃劑種類繁多，從化臺物結構上可將其分為溴代二苯醚類、溴代苯酚類、溴代雙酚A類、溴代鄰苯二甲酸酯類、溴代多元醇類以及其它新型溴系阻燃劑。
出於人類對環保的關注，國外很多廠商正在積極開發無滷阻燃系統，且不斷有新的無滷產品問世，目前國內外對無滷阻燃劑也是越來越重視。
03
無滷阻燃劑的種類
無機水合金屬化合物
尤機水合金屬化合物有填充劑、阻燃劑、發煙抑制劑三重功能。當它們受熱分解時放出結晶水，吸收大量的熱量，降低了體系的溫度，產生的水蒸汽稀釋了可燃性氣體的濃度，並隔絕空氣；同時生成耐火金屬氧化物(A1203、MgO)還會催化聚合物的熱氧交聯反應，在聚合物表面形成一層碳化膜。形成的碳化膜會減弱燃燒時的傳熱、傳質效應，從而起到阻燃的作用。
但是這類無機填料型阻燃劑在高分子材料中添加量大，若單獨使用，必須在高填充量(大於50％)的情況下，才能使塑料具有好的阻燃效果。高填充量易導致高聚物材料的加工性能和物理性能急劇下降。
目前這類阻燃劑的發展方向是：
(1) 改進造粒技術，向超細化方向發展，而且粒度分佈變窄；
(2) 改進包覆技術，以改善其在聚合物中的分散性；
(3) 用大分子鍵合方式處理。
銻系阻燃劑
銻系阻燃劑是最重要的無機阻燃劑之一，可大大提高滷系阻燃劑的效能。銻系阻燃劑的主要品種有三氧化二銻(Sb203)、膠體五氧化二銻和銻酸鈉。
三氧化二銻具有熱穩定性好、毒性低、不產生腐蝕性氣體、在貯存過程中不揮發不析出，有持久的阻燃效果等優點。我國的銻資源豐富，價格低廉，對發展銻系阻燃荊有得天獨厚的優勢。三氧化二銻一般不單獨使用，而是作為阻燃協效荊與鹵素化合物配合，在它們的熱分解過程中起阻燃作用。
研究表明，鹵化物與Sb203，產生協同效應，可以明顯提高鹵素阻燃劑的阻燃效能。因為其生成的易揮發物SbX3，作為氣相燃燒區的自由基捕捉劑，能有效的捕捉聚臺物燃燒過程產生的自由基，起氣相阻燃作用。
可膨脹石墨
可膨脹石墨是近年出現的一種新型無滷阻燃劑，它是由天然石墨經濃硫酸酸化處理，然後水洗、過濾、乾燥後在900℃～1000℃下膨化製得。可膨脹石墨膨脹的初始溫度為220℃左右，一般在220℃開始輕微膨脹，230℃～280℃迅速膨脹，之後體積可達原來的100多倍，甚至280倍。
可膨脹石墨在阻燃過程中起到以下作用：在高聚物表面形成堅韌的炭層，將可燃物與熱源隔開；膨脹過程中，大量吸熱，降低了體系的溫度；膨脹過程中，釋放夾層中的酸根離子，促進脫水碳化，並能結合燃燒產生的自由基從而中斷鏈反應。可膨脹石墨與磷化臺物、金屬氧化物複合使用，能產生協調作用，加入很少量就能達到阻燃目的。
硅系阻燃劑
近年來，硅系阻燃劑以有害性低而引起世人的重視。按組成和結構可分為無機硅和有機硅系阻燃劑。無機硅系阻燃劑與基材相容性差是其最大的缺陷。相容性差導致基材的力學性能、加工性能受到損害，因此如何提高它與基材的相容性成為無機硅系阻燃劑研究的關鍵。
有機硅系阻燃劑是一種新型無滷阻燃劑，也是一種成炭型抑煙劑，它在賦予高聚物優異阻燃抑煙性的同時，還能改善材料的加工性能及提高材料的機械強度，特別是低溫衝擊強度。
磷系阻燃劑
常用的無機磷系阻燃劑有紅磷、磷酸酯、含滷磷酸酯、多磷酸鹽等；有機磷系則包括磷酸三苯酯、磷酸一甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯等。
紅磷可以認為是一種無機聚合物，分子式(P4)n，分子量為123.85，紅磷系紅色粉末，不溶予水、稀酸和很多有機溶劑，略溶於無水乙醇，溶於三溴化磷。
紅磷是一種優良的阻燃劑，阻燃機理為：受熱分解，形成具有極強脫水性的偏磷酸，從而使燃燒的聚臺物表面炭化，炭化層一方面可減少可燃氣體的放出，另一方面還具有吸熱作用。
但在使用時，存在以下幾個問題：(1)易燃，易爆炸，與空氣長期接觸會放出劇毒PH3氣體；(2)本身為紅色，易使製品著色；(3)容易吸水，與聚合物兼容性差。
聚磷酸鎪(簡稱APP)是近20年來發展起來的一種高效無機阻燃劑，無毒，無味，不產生腐蝕性氣體，含磷量大，含氮量高，熱穩定性高，分散性好，為白色粉末，分解溫度>256℃，聚合度在10～20之間為水溶性的，聚合度大於20難溶於水。
APP的應用十分廣泛，可用於阻燃塑料、纖維、橡膠、紙張、木材。APP可單獨或與其它阻燃劑複合用於塑料的阻燃。高溫下，APP迅速分解成氨氣和聚磷酸，氨氣可以稀釋氣相中的氧氣濃度，從而起限止燃燒的作用。
膨脹型阻燃劑
膨脹型阻燃劑(IFR)是一類多用於聚烯烴體系的新型無滷阻燃劑，包括氮磷協同體系，低熔點無機鹽，可膨脹石墨等阻燃體系，但一般提到的膨脹型阻燃劑均指氮磷協同體系，含此阻燃劑的高聚物受熱燃燒時，表面能生成一層均勻的炭質泡沫層。此炭層在凝聚相能起到隔熱、隔氧、抑煙和防止熔滴的作用從而起到阻燃作用，對長時間或重複暴露在火焰中的高聚物具有很好的保護性。
膨脹型無滷阻燃技術被譽為阻燃技術中的一次革命，已成為近年來最為活躍的阻燃研究領域之一。下期我們將著重為大家介紹膨脹阻燃劑的發展，機理以及最新進展。
既然環保高阻燃塑料在新能源汽車領域是這麼的重要，作為改性企業，當然需要了解其發展趨勢。
除此之外，環保高阻燃塑料在汽車及其他領域的創新應用也是目前的大熱話題。
於是，在這場主題為“應用驅動創新”的“2020高性能塑料應用技術論壇”上，
我們將邀請全球最大的聚合物生產商之一科思創集團為我們帶來演講“環保高阻燃塑料的發展趨勢及創新應用”;
還有EMS、ALBIS、奧升德、開德阜、錦湖日麗、道默化學......全球知名材料企業都將在“高性能塑料應用技術論壇”上為我們帶來高性能塑料的發展趨勢和創新應用！
