汪  川

　　高分子材料因其性能優異、價格低廉而被廣泛應用于國民經濟和人民生活的各個領域。但是大多數高分子材料屬于易燃、可燃材料，在燃燒時熱釋放速率高，熱值高，火焰傳播速度快，不易熄滅，有時還產生濃煙和有毒氣體，對人們生命安全和環境造成巨大的危害。因此，如何提高高分子材料的阻燃性，已成為當前消防工作一個亟待解決的問題。

　　高分子材料的燃燒和阻燃機理

　　高分子材料在空氣中受熱時，會分解生成揮發性可燃物；當可燃物濃度和體系溫度足夠高時，即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱氧降解和燃燒兩個過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產物在固相及氣相中的擴散、與空氣混合形成氧化反應場和氣相中的鏈式燃燒反應等一系列環節。當高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解且分解產生的可燃物達到一定濃度時，同時體系被加熱到點燃溫度后，燃燒才能發生。而已被點燃的高分子材料在點燃源穩定后能否繼續燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡。當供給燃燒產生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需的總熱量時，高分子材料燃燒才能繼續，否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機理可以看出，阻燃作用的本質是通過減緩或阻止其中一個或幾個要素實現的。其中包括六個方面：提高材料熱穩定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護膜、吸收熱量、形成重質氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前，常采用的阻燃劑主要是通過冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學途徑來實現的。一般阻燃機理分為氣相阻燃機理、凝聚相阻燃機理和中斷熱交換阻燃機理。燃燒和阻燃都是十分復雜的過程，涉及很多影響和制約因素。將一種阻燃體系的阻燃機理嚴格劃分為某一種是很難的，一種阻燃體系往往是幾種阻燃機理同時起作用。

　　高分子材料阻燃技術的進展

　　微膠囊技術。微膠囊化一般是指將物質包裹于數微米至數百微米的微小容器中，從而起到保護和控制釋放等作用。目前，將無機或有機的阻燃劑進行微膠囊化的研究正處于阻燃劑新技術的熱點，并已從研制階段進入實用階段。囊材主要有兩類：一類是天然高分子材料，如動物膠、各種蛋白質、淀粉、纖維素等；另一類是人工合成的高分子，如聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、環氧樹脂等。囊材不與包裹的阻燃劑發生化學反應，當制品一旦遇火受高熱時，囊壁立即熔融破裂，從而釋放出阻燃劑。

　　阻燃劑微膠囊的大小、囊壁的厚度、強度以及阻燃劑的釋放度等物理性質均會影響阻燃劑的阻燃效果。微膠囊化在改善阻燃劑的形態、效能以及減少環境污染等方面都起作用。

　　納米技術。1965年，有關專家研究聚甲基丙烯酸甲酯/納米黏土復合材料時，第一次發現其熱性能明顯提高。1976年，日本第一次報道納米復合材料具有潛在的阻燃性能。但直到近年來國外多名學者開展對納米復合材料熱穩定性的研究后，其阻燃性能的研究也才真正開始。研究發現，當尼龍/層狀硅酸納米復合材料中的層狀硅酸鹽(黏土)含量僅為5%以下時就具有良好的熱穩定性，其HRR(熱釋放速率)峰比不用時降低了50%以上，并且不損害材料的其他性能。這說明聚合物納米復合材料具有良好的熱性能，可用于阻燃技術。納米技術在阻燃中的應用主要是納米粒子填充技術。

　　接枝和交聯改性技術。接枝和交聯是使高分子材料功能化的一種有效方法，近年來這一技術已用于高分子材料阻燃化。接枝包括化學接枝和光敏接枝等。通過接枝共聚以提高聚合物的熱穩定性及阻燃性多系凝聚相阻燃模式，即借助于成碳來實現的。因為接枝單體能在聚合物的表面形成黏附的絕緣層，特別是無機絕緣層，對改善聚合物的阻燃性尤為有效。 

        高分子材料阻燃劑的分類

　　阻燃劑是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃和抑制火焰傳播的助劑。按阻燃劑與被阻燃基材的關系，阻燃劑可分為添加型及反應型兩大類。前者與基材的其他組分不發生化學反應，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性高分子材料。后者或者為高分子材料的單體，或者作為輔助試劑而參與合成高分子材料的化學反應，最后成為高分子材料的結構單元，多用于熱固性高分子材料。按阻燃元素種類，阻燃劑常分為鹵系、有機磷系及鹵-磷系、氮系、磷-氮系、銻系、鋁-鎂系、無機磷系、硼系、鉬系等。

　　鹵系阻燃劑。鹵系阻燃劑是目前世界上產量最大的有機阻燃劑之一，添加量小、阻燃效果顯著。含氯的阻燃劑主要有氯化石蠟、氯化聚乙烯等。含溴阻燃劑因阻燃效果較好，應用極為廣泛，逐漸取代氯系阻燃劑。鹵系阻燃劑阻燃機理比較清楚，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。鹵化氫氣體易吸收空氣中的水分形成氫鹵酸，具有很強的腐蝕作用，并產生大量的煙霧。這些煙霧、有毒氣體和腐蝕性氣體給滅火、逃離和恢復工作帶來很大困難。

　　磷系阻燃劑。有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、有機鹽類、氧化磷、含磷多元醇和磷氮化合物等，但應用最廣的是含鹵磷酸酯。有機磷系阻燃劑主要在火災初期的高分子材料分解階段起作用。能促進高分子材料脫水碳化，從而使高分子材料不能產生可燃性氣體，并且由于不揮發性磷化合物起凝結劑的作用，使碳化物形成保護性碳膜，以隔絕外界的空氣和熱。

　　無機阻燃劑。無機阻燃劑的阻燃作用主要是通過比容大的填料的蓄熱和導熱使材料達不到分解溫度，或通過阻燃劑受熱、分解、吸熱，使材料溫升減緩或終止來實現。其阻燃機理是在受熱時釋放出結晶水蒸發、分解并放出水蒸氣。此反應吸收大量燃燒熱，降低了材料的表面溫度，使高分子材料的熱分解和燃燒率大大降低。分解時產生的大量水蒸氣稀釋了可燃性氣體的濃度也起到阻燃作用，并有一定冷卻作用。熱解生成的氧化鎂、氧化鋁等產物與燃燒時塑料表面的碳化產物結合生成保護膜，既可切斷熱能和氧的入侵，又可阻止小分子的可燃性氣體逸出，亦達到阻燃效果。這類物質具有熱穩定性好、阻燃、無毒、不揮發、不產生腐蝕性氣體、發煙量小、不產生二次污染等優點，是低鹵無鹵阻燃體系的主要原料。

　　含硅阻燃劑。有機硅阻燃劑是一種新型的無鹵阻燃劑，也是一種成碳抑煙劑，包括硅烷共聚物和硅樹脂。目前具有代表性的有機硅阻燃劑是美國通用公司生產的SFR-100（硅酮聚合物），它通常與一種或多種協同劑(硬脂酸鎂、聚磷酸銨與季戊四醇的混合物、氫氧化物等)并用。研究發現，在高分子材料中加入有機硅阻燃劑，能促進碳層的形成，降低聚合物的燃燒性。

（作者系西南科技大學）