卤系、硅系、硼系、磷系等PC的常用阻燃剂种类及作用机理

文志明

聚碳酸酯(PC)作为五大工程塑料之一，因其具有高强度、高透明度、高抗冲、耐热等优点，广泛应用于电子电器、照明、建筑材料、汽车零部件、食品包装和医疗器械等领域。预计2022年中国对PC的需求量将达到240万吨左右。

PC的玻璃化温度为140-150℃，热变形温度为135℃，使用范围从-60℃到120℃，具有良好的热稳定性和尺寸稳定性。PC的阻燃性能虽比PE和PP好，极限氧指数(LOI)可达21％－24％，材料本身可达Ｖ-２级阻燃，但仍无法满足特殊领域对阻燃性能的更高要求，需要通过添加阻燃剂的方式进行改善。主要有卤系阻燃剂、硅系阻燃剂、硼系阻燃剂、磺酸盐系阻燃剂、磷系阻燃剂以及其他如氢氧化镁、氢氧化铝、碳纳米管等阻燃剂。

卤系阻燃剂

卤系阻燃剂主要是指含有Br或者CL元素的阻燃剂，其中溴系阻燃剂最早被工业化生产。将卤系阻燃剂添加到PC中，使PC材料发生增塑作用，流动性变好，燃烧熔化时可将部分热量带走；同时PC在燃烧时会产生少量的卤化氢气体，屏蔽了氧气的进入；PC发生裂解会产生Ｈ·和ＨＯ·，它们会与卤化氢气体结合，阻断了自由基与氧的进一步反应。

含卤阻燃剂阻燃效果良好，但发烟量大烟雾有毒，随着环保要求提高，含卤阻燃剂用量逐年下降。

硅系阻燃剂

硅系阻燃剂可根据结构差异分为有机硅和无机硅，硅系阻燃剂环保性高，能起到阻燃和抑烟的效果，对力学性能影响较小，阻燃机理如下：

(１)高温下，硅氧烷迁移到PC表面并发生堆积，有效保护基材，同时防止可燃物气体和氧气接触，抑制燃烧蔓延。

(２)硅氧烷能够加速PC的成炭形成过程，硅氧烷的支链存在起到防止拉链式解聚，可应用于PC防滴落产品。

硅系阻燃剂须进行复配以达到协效阻燃，燃烧后会迁移形成保护层，可用于防滴落用途的产品。

硼系阻燃剂

硼系阻燃剂具有耐热性好、毒性低、抑烟的特点。通用的无机硼阻燃剂有硼砂、硼酸、硼酸锌、偏硼酸钙、偏硼酸铵、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵和氟硼酸锌等；有机硼阻燃剂主要有硼酸三（２,３－二溴）丙酯、聚硼硅氧烷等。

硼系阻燃剂通过以下四个方面实现阻燃效果：

(１)阻燃剂在燃烧时熔化，吸收部分热量；

(２)阻燃剂覆盖于聚合物表面，隔绝可燃与氧气接触；

(３)阻燃剂在高温下释放出结合水，水分蒸发而使材料降温；

(４)可燃物的热分解途径发生改变，可燃性气体的产生减少。若与含氮、卤素阻燃剂互配使用，生成的难燃性气体NH3、HX可稀释氧气的浓度。

硼系阻燃剂通常与其他阻燃剂进行互配使用，发挥其冷却降温和隔绝氧气的作用。

磺酸盐阻燃剂

磺酸盐阻燃剂会在燃烧条件下分解产生少量烷基盐，促使PC发生重排异构反应，产生大量的CO2和H2O等不燃物，降低可燃性气体浓度；而且它还可作为PC本身发生酯交换反应的催化剂，发生交联反应而成炭，提升阻燃效果。磺酸盐阻燃剂由于添加量少，成品能在提高阻燃性能同时基本保持PC基材的力学强度等性能。

磺酸盐系阻燃剂的自熄性好，对透明性影响小，但存在滴落引燃，需要与其他防滴落或者成炭性良好的阻燃剂复配使用。

磷系阻燃剂

磷系阻燃剂是一种以磷为阻燃元素的无卤环保阻燃剂，可按成分组成分为无机磷阻燃剂和有机磷阻燃剂。有机磷阻燃剂主要有磷腈、芳基磷及氧化磷、磷酸酯类、亚磷酸酯、有机磷盐及磷－氮复合物等，无机磷阻燃剂主要有红磷、聚磷酸铵、次磷酸盐等。大部分磷系阻燃剂只在凝聚相发挥阻燃效果，还有部分磷系阻燃剂可在气相和固相同时发挥阻燃作用。

磷系阻燃剂环保，有良好的成炭性和自熄性，但会导致PC的玻璃化转变温度降低20-40℃，不耐水解，相容性差。

来源：化工新材料

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