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王菁 1,2 ,陈蕾 3 ,李圣军 1,2,3 ,孙燕琳 3,4 ,杨冰冰 1,2 ,甘胜华 1,2   （1. 浙江桐昆新材料研究院有限公司,浙江桐乡 314500；2. 嘉兴市新材料研发重点实验室,浙江桐乡 314500；3. 浙江恒创先进功能纤维创新中心有限公司,浙江桐乡 314513；4. 桐昆集团股份有限公司,浙江桐乡 314500 ） DOI：10.3969/j.issn.1001-3539.2022.11.025  摘 要： 介绍了化学型膨胀阻燃剂的主要组成以及常见酸源、炭源及气源的种类和研究进展，阐述了化学型膨胀阻燃剂的阻燃机理，综述了混合型多组分膨胀阻燃剂和“三源一体”单组分膨胀阻燃剂的研究现状，总结了两种化学型膨胀阻燃剂各自存在的优缺点，并分析了今后化学型膨胀阻燃剂的研究重点和发展方向，最后指出加强多组分阻燃剂间的协同阻燃、开发物理型膨胀阻燃剂和精准设计单组分膨胀阻燃剂结构及配比是未来开发绿色环保阻燃剂的研究重点。以下放出本文要点及重要内容，欢迎大家阅读引用（点击文末阅读原文浏览全文）  1 化学型膨胀阻燃剂的组成
化学型膨胀阻燃剂一般是由酸源、气源、炭源构成，其阻燃效果是由各组分间或单组分中各基团的稳定性和反应效果来决定的。下面主要介绍各组分在阻燃过程中充当的角色，不同的阻燃体系中各组分的选择，以及各个组分的最新研究进展。在膨胀阻燃剂中常用酸源主要为聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、硼酸盐等。酸源的主要作用是在受热后分解出酸，与炭源反应促进基体脱水成炭，即起到脱水剂的作用。APP为膨胀阻燃剂中使用广泛的一类酸源，在受热后分解出具有强脱水性能的磷酸和焦磷酸，与炭源发生脱水或脱氨反应生成磷酸酯。当磷酸酯持续受热到一定温度后，磷酸酯键断裂生成不饱和烯烃，随后发生多分子环化聚合形成致密炭层。除此之外，APP还具有气相阻燃效果，受热分解的磷酸类物质，发生歧化反应生成自由基，与燃烧链式反应中产生的高分子自由基和氢氧自由基发生链终止反应，减缓燃烧速度，使得火焰熄灭。然而由于气相阻燃中会消耗磷酸类物质，导致炭层的形成受到影响，在某些情况下两种阻燃机理不一定能带来协同效果，可能需要抑制APP发生气相阻燃。根据APP的聚合度不同，通常将聚合度小于100的称为I型APP，大于1 000的称为II型APP。相比I型APP，II型APP的防水性能好、阻燃性能优良、热稳定性佳。但在实际生产中由于反应工艺和设备问题，高聚合度的APP合成还存在许多难题，新型合成方法和工艺的开发是今后的研究核心和方向。MPP为一类含磷氮的阻燃剂，其热分解温度高(300℃以上)，受热分解生成的磷酸作为酸源，MEL作为气源，兼具酸源与气源的功能，发烟性小。黄涛等选用MPP和季戊四醇磷酸酯(PEPA)复配得到膨胀阻燃剂，考察了该膨胀阻燃剂的配比对于长玻纤增强聚丙烯(LGFPP)复合材料阻燃性能的影响，当该阻燃剂的添加量为20%，PEPA与MPP质量比为11∶9时，阻燃改性的效果最佳，LGFPP的UL 94燃烧等级可达到V-0级别。膨胀阻燃剂的常用炭源主要是含有大量碳元素的多羟基有机物，如季戊四醇(PER)、淀粉、山梨醇等，高温下可生成膨胀炭层。膨胀阻燃剂的阻燃效果与炭层的厚度和炭层形成速率有关；而炭源的成炭效果又与酸源反应的脱水效率和自身的羟基数目、碳含量有关。PER是最早作为成炭剂的一类化合物，其具有较好的成炭性和化学反应活性。如张青等将APP，MEL与PER通过热反应制备了集炭源、酸源和气源于一体的复合膨胀型阻燃剂，并将其用于阻燃聚甲醛，解决了简单共混膨胀体系中各组分的分散不均的问题。PER作为一类小分子炭源，虽然具有成炭性能，但由于极性大、水溶性强等原因在一定程度上限制了它的应用。因此，改性PER如季戊四醇磷酸酯、季戊四醇磷酸酯密胺盐等在膨胀型阻燃剂中发挥了越来越大的作用。相较PER，淀粉的价格低廉、易获取、生物环保，是一种有望替代PER的炭源。屈皓等以马铃薯淀粉为炭源，首先与三氯氧磷制备交联淀粉，随后与密胺反应研制了一种膨胀阻燃剂SPA，最终应用在聚氨酯的阻燃改性中。结果表明，当SPA质量分数达到30%时，聚氨酯的阻燃效果最佳，LOI为24.1%，垂直燃烧等级为V-0级别。景慧等利用淀粉与三聚磷酸氰胺复配研制了膨胀阻燃剂，并研究了其对聚丙烯的阻燃改性能力。当阻燃剂含量达到35%时，LOI达到了26%，显示出良好的阻燃改性作用。淀粉是一类环保友好的炭源，但阻燃效率较低，需要提高交联程度来提高其成炭能力，因此对于淀粉的交联处理还有待进一步的研究。山梨醇又称六羟基醇，是一种从自然糖类物质中生产得到的多糖化合物，如葡萄糖、蔗糖等，其化合稳定性好、价格低廉，是一类具有发展前景的炭源。杜经纬等利用山梨醇作为环保炭源、以APP作为气源和酸源，复配研制了膨胀阻燃涂料，改善了涤纶织物的阻燃性能。上述传统炭源多为小分子羟基化合物，吸湿强且在加工过程中容易在基体表面析出，大大限制了应用范围。目前一些具有成炭性的高分子材料和大分子衍生物正被尝试用作新的炭源以解决或者改善传统炭源的问题，现分述如下。(1)聚酰胺(尼龙)成炭剂。聚酰胺成炭剂中的酰胺基团可在酸源催化下发生交联反应，有利于炭层的形成。(2)三嗪类线性大分子成炭剂。该类新型成炭剂多是以MEL和三聚氯氰与多元胺或多元醇为原料缩聚合成的一类大分子含氮化合物。(3)超支化成炭剂。该类成炭剂是一种具有超支化结构的三嗪类新型成炭剂，具有大量的末端活性基团。在膨胀阻燃剂中气源多为含氮量高的化合物，如MEL及其衍生物、尿素、双氰胺、聚酰胺等。其中，MEL具有三嗪结构，含有丰富的氨基，在受热后能够释放出不燃性气体以稀释可燃环境，并为炭层发泡膨胀提供了先源条件，为应用最广泛的气源来源物。引用本文： 王菁，陈蕾，李圣军，等.化学型膨胀阻燃剂的研究进展[J].工程塑料应用，2022，50(11)：157-162. (Wang Jing，Chen Lei，Li Shengjun，et al. Research progress of chemical intumescent flame retardants[J]. Engineering Plastics Application，2022，50(11)：157-162.) 通讯作者：甘胜华，博士，正高级工程师，主要从事高分子化工工艺研发和差别化聚酯材料合成、功能纤维研制领域的研究 中图分类号： TQ214.248 文章编号：（） 文献标识码： A 收稿日期：2022-07-12 出版日期：2022-11-10 网刊发布日期：2022-11-23
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