磷系阻燃剂作用机理

磷系阻燃剂在无卤阻燃剂中占有 重要的地位,按组成和结构可分为无 机磷和有机磷系阻燃剂。前者主要是 红磷和聚磷酸铵,后者主要是磷酸酯 和膦酸酯 红磷是一种性能优良的无机磷阻 燃剂,具有高效、抑烟、低毒的阻燃 效果,但易吸潮、氧化,并放出剧毒 的气体,粉尘易爆炸,因而使其应用 受到很大的限制。常采用氢氧化铝、 金属硫酸盐、合成树脂为包囊壁材, 对红磷进行微胶囊化表面处理来改进 其性能。今后红磷表面处理发展方向 为:一是通过对包囊的囊材进行改 性,使其同时兼具热稳定、增塑和阻 燃等功能,发展多功能的微胶囊红磷 阻燃剂;二是研究各种阻燃剂与红磷 阻燃剂的有效复配关系,并使之微胶 囊化,增加阻燃效果,提高材料力学 性能;三是红磷具有抑烟效果,可以 寻找合适的消烟剂与之进行复配,促 进发展消烟技术,因为火灾中抑烟比 防火更为重要。 聚磷酸铵(APP)也是一种性能良 好的无机磷阻燃剂,是目前磷系阻燃 剂比较活跃的研究领域。APP的 P-N阻燃元素含量高,热稳定性好, 产品近乎于中性,另外价廉,毒性 低,阻燃性能持久,可单独或与其它 阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温 下,APP迅速分解成氨气和聚磷酸, 氨气可以稀释气相中的氧气浓度,从 而起阻止燃烧的作用。另外,聚磷酸 是强脱水剂,可使聚合物脱水炭化形 成炭层,隔绝聚合物与氧气的接触, 在固相起阻止燃烧的作用。 常见磷系阻燃剂的一些示例结构如图所示。 磷化合物的独特之处在于它们可以是气相或凝聚相阻燃剂，这取决于它们的化学结构以及它们在火灾条件下与聚合物的相互作用。一种特定的磷阻燃剂在一种聚合物中主要是气相而在另一种聚合物中是凝聚相的情况并不少见。磷化合物有时与其他阻燃剂结合以获得协同作用，但仅在与卤素结合时才显示气相协同作用。当它们与其他材料结合时，通常是为了增强由磷阻燃剂形成的炭的炭形成或氧化耐久性。气相磷化学的一些例子如图所示，由磷提供的凝聚相炭的形成在膨胀型中得到了更多的讨论。 如前所述，它们在气相和冷凝相中均有效，这意味着当它们与本身固有炭化的聚合物结合时，它们可用于低负载水平。此外，磷阻燃剂往往在高热通量火灾条件下表现良好，并且通过炭化，可以与其他阻燃剂组合提供卓越的防火保护。然而，与所有阻燃技术一样，它们也有其缺点。它们不像卤化阻燃剂那样广泛使用，有时它们本身在苯乙烯或聚烯烃聚合物中几乎没有效果。此外，它们还会在火灾条件下产生更多的烟雾和一氧化碳，因为它们有助于抑制聚合物燃烧，最后它们也开始受到环境影响的监管审查。事实上，由于欧洲 (REACH) 对所有化学品的法规不断变化，几乎所有阻燃剂（包括磷化合物）都在接受环境影响审查。