各类阻燃剂的性能、特质及其于塑料内的应用

阻燃剂于塑料工业中乃是不可或缺的功能性添加剂，其核心目的在于抑制燃烧反应，减缓火焰蔓延的速度，同时减少有毒气体的释放，使材料的安全性得以提升。接下来，将从性能、特点、发展状况以及典型应用这四大方面，为您详尽阐述主流阻燃剂的具体类别：

一、阻燃剂的定义

阻燃剂亦被称为难燃剂、耐火剂抑、防火剂，此乃一种能够使材料更难以燃烧、避免材料轻易被点燃并且能够掌控火焰传播的助剂。它能够助力预防火灾的产生，倘若真的发生火灾，能够让火势蔓延的速度减缓，降低热量的散发、减少烟雾以及有毒物质的排放。最为重要的是，能够为众人增加安全逃生的时长。

二、阻燃剂的类目

1、无机阻燃剂典型代表

诸如氢氧化铝（ATH）、氢氧化镁（MH）、硼酸锌以及膨胀石墨之类的物质，它们在相关领域中都占据着重要的地位。以氢氧化铝（ATH）为例，其凭借出色的热稳定性和阻燃效果，被广泛应用于众多材料的阻燃处理中。氢氧化镁（MH）同样具备良好的阻燃性能，在提高材料的防火安全性方面发挥着关键作用。硼酸锌不仅能有效阻燃，还在抑制烟雾产生方面表现出色。而膨胀石墨则凭借其独特的结构和性能，在一些特定的应用场景中展现出卓越的阻燃效能。总之，这些物质在阻燃领域各自有着独特的优势和应用价值。

性能特点与阻燃机理：依靠吸热分解（例如 ATH 在 200 - 300℃分解时会吸热，同时释放水蒸气以稀释氧气）。优点在于环保无毒，成本低廉，抑制烟的成效良好。缺点是添加量较多（20 - 60%），会显著致使材料的力学性能下降（诸如冲击强度、拉伸强度等）。

发展现状之改性技术：通过表面包覆一层（采用硅烷偶联剂）使分散性得以优化，例如硅烷改性的 ATH 在 PP 中的应用。

纳米化趋势：纳米氢氧化镁（颗粒大小＜100nm）的添加量可降至 15 - 20%，阻燃效率能够提升 30%。

复配协同：与磷系、膨胀石墨相搭配，能够降低总的添加量（比如 ATH 与红磷共同应用于 EPDM 电缆料中）。

塑料应用

案例：在实际应用中，比如在 PP 电缆护套里添加 60%的 ATH，能够成功通过 UL94 V - 0 这一严格的防火等级测试。然而，为了进一步优化其性能，使其具备更好的韧性，还需要添加 5%马来酸酐接枝 PP 。这种组合方式经过大量的实验和实践验证，有效地解决了单纯添加 ATH 可能导致的韧性不足问题。许多相关企业在生产过程中都采用了这种方法，取得了良好的效果，不仅提高了产品的防火性能，还保障了其在复杂使用环境下的可靠性和耐久性。

2、有机卤系阻燃剂

典型代表

溴系的包含十溴二苯醚（Deca - BDE）、四溴双酚 A（TBBPA）；氯系的涵盖氯化石蜡、得克隆（Dechlorane Plus）。

性能特点

阻燃机理：其主要作用机制在于气相中对自由基的有效捕捉（通过释放 HBr/Cl·，从而抑制燃烧过程中的链反应）。例如，当物质燃烧时，会产生一系列活跃的自由基，这些自由基会加速燃烧反应的进行，使火势迅速蔓延。而阻燃剂在此时发挥作用，释放出的 HBr/Cl·能够与燃烧产生的自由基发生反应，将其捕获并终止燃烧的链反应，从而有效地减缓甚至阻止燃烧的持续进行。这种在气相中对自由基的精准捕捉和抑制，是实现阻燃效果的关键环节之一。

优点

阻燃效率颇高（添加量仅需 5 - 15%），并且对材料的力学性能产生的影响相对较小。比如说，在一些特定的应用场景中，只需按照这一添加量范围进行添加，就能显著提升材料的阻燃性能，同时材料原本的力学强度、韧性等关键性能指标仍能保持在较为理想的水平。

然而，其存在的缺点也不容忽视。在燃烧过程中，会释放出二噁英、多溴联苯（PBBs）等有毒物质。这些有毒物质对环境和人体健康都具有极大的危害。正因如此，欧盟的 RoHS（《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》）和 REACH（《化学品注册、评估、许可和限制》）对其进行了严格的管控。RoHS 旨在限制电子电气设备中某些有害物质的使用，而 REACH 则对化学品的注册、评估、许可和限制等方面提出了全面且严格的要求。在这一系列严格的法规约束下，此类阻燃剂的使用受到了极大的限制，相关企业和行业也在不断寻求更加环保和安全的替代品，以满足法规要求和社会对于环境保护及人体健康的关切。

发展现状

替代技术：开发高分子量的溴系阻燃剂（诸如溴化聚苯乙烯）以降低迁移性。

协效体系：与三氧化二锑（Sb₂O₃）搭配使用，能够降低溴的含量（例如当 Br/Sb = 3:1 时，极限氧指数（LOI）能够提升至 28%）。

区域分化：在中国，其仍广泛应用于电子电器领域；而在欧美地区，正在加速转向无卤体系。

塑料应用

领域：诸如电子电器的外壳（ABS、HIPS）、印刷电路板（环氧树脂）之类的场所。

案例：于 ABS 中添加 12%的 Deca-BDE 以及 4%的 Sb₂O₃，能够通过 UL94 V - 0 测试，然而，需符合欧盟的豁免清单（例如 Deca-BDE 在回收塑料中的限量要求）。

3、有机磷系阻燃剂

典型代表

就像磷酸酯类中的磷酸三氯丙酯（TCPP）、磷酸双酚 A 四苯酯（BDP），还有红磷以及磷腈化合物等等。

磷酸酯类是一类重要的阻燃剂成分，其中的 TCPP 具有出色的阻燃性能，被广泛应用于多种塑料制品中，比如在一些常见的建筑材料中，它能够有效地提高材料的防火等级。BDP 则凭借其独特的化学结构，在电子设备的塑料外壳制造中发挥着关键作用，为设备的使用安全提供了有力保障。

红磷作为一种传统的阻燃剂，虽然其在阻燃效果方面表现不俗，但由于自身的一些特性，如颜色较深、易吸湿等，在使用上存在一定的局限性。然而，在某些特定的工业领域，如电线电缆的绝缘层制造中，红磷的阻燃作用依然不可或缺。

磷腈化合物作为新兴的阻燃材料，具有许多优异的性能。其分子结构的特殊性赋予了它高效的阻燃效率，同时还具备低烟、低毒等优点。在航空航天领域，对于材料的阻燃性能和环保要求极高，磷腈化合物的应用为保障飞行器的安全运行发挥了重要作用。

性能特点

阻燃机理：能够凝聚相形成炭层（构建磷酸玻璃层以隔绝氧气），同时还存在一部分气相的作用。

优点：烟雾少且毒性低，部分还具有增塑的功能（例如 TCPP 在 PVC 中）。

缺点：容易发生迁移析出（如同磷酸酯增塑剂那般），红磷容易受潮并释放出 PH₃。

发展现状

包覆技术：将红磷进行微胶囊化处理（其表面采用酚醛树脂包裹一层），如此便能解决受潮和颜色方面的问题。

高分子化：研发聚合型的磷系阻燃剂（例如聚磷酸铵），能够有效减少迁移现象。

生物基创新：植酸（从植物中提取所得）作为天然磷源，应用于 PLA 生物塑料之中。

塑料应用

领域：诸如工程塑料（PC、PBT）、聚氨酯泡沫、生物降解塑料之类。

案例：于 PC/ABS 合金中添加 10%的 BDP（双酚 A 双磷酸酯），能够通过 UL94 V - 0 标准，并且还能够同步保持高透光性（可应用于 LED 灯罩）。

4.氮系阻燃剂

典型代表

三聚氰胺，这是一种广泛为人所知的有机化合物，在化工领域具有重要地位。它常被用于生产三聚氰胺树脂等多种材料，在提高材料的性能方面发挥着独特的作用。

三聚氰胺氰尿酸盐（MCA），作为一种性能优良的阻燃剂，其独特的化学结构和性质使其在阻燃领域备受关注。例如，在一些塑料制品中添加适量的 MCA ，能够显著提高产品的阻燃性能，有效降低火灾风险。

聚磷酸铵（APP），这是一种重要的无机阻燃剂。它具有高效的阻燃效果和良好的热稳定性。在诸如纺织品、橡胶等众多材料的阻燃处理中， APP 都有着广泛的应用。比如在一些防火织物的生产中， APP 的添加能够使织物在遭遇明火时不易燃烧，为人们的生命财产安全提供了有力的保障。

发展现状

复配技术：将聚磷酸铵（APP）与季戊四醇（PER）以及三聚氰胺（MEL）加以组合，进而构建形成“膨胀型阻燃体系”（IFR），并且将其应用于聚烯烃当中。这种复配技术的优势在于，通过不同成分之间的协同作用，能够显著提升聚烯烃材料的阻燃性能。例如，在一些特定的聚烯烃制品中，采用这种复配的“膨胀型阻燃体系”，可以在火灾发生时迅速形成膨胀炭层，有效隔绝氧气和热量，从而阻止火势的蔓延。

纳米化：纳米级的三聚氰胺氰尿酸盐（MCA），其颗粒大小小于 1μm，此时的添加量能够降低至 10 - 15%，特别适用于薄壁制品。在现代制造业中，薄壁制品的需求日益增长，而纳米 MCA 的应用为这类制品的阻燃处理提供了高效且经济的解决方案。以某些电子设备的薄壁外壳为例，添加纳米 MCA 不仅能够满足阻燃要求，还能保持制品的良好外观和机械性能。

功能拓展：将氮系阻燃剂和抑烟剂（诸如钼化合物）相互搭配在一起，能够极大程度地降低烟雾的毒性。在火灾事故中，烟雾往往是造成人员伤亡的重要因素之一，其毒性对人体健康构成严重威胁。通过这种功能拓展的组合方式，不仅能够有效抑制火焰的蔓延，还能显著减少烟雾中有害物质的释放。例如在公共建筑的装饰材料中采用这种组合，一旦发生火灾，能够大大降低烟雾对人员疏散和救援工作的不利影响，提高人员的逃生几率和救援效率。

塑料应用

领域于众多材料应用范畴内，涵盖由聚丙烯（PP）制成的家电外壳，以及以尼龙（PA）打造的电子连接器。

案例：于聚丙烯（PP）材料里添加 20%的膨胀型阻燃体系（IFR，其中 APP:PER:MEL 的比例为 3:1:1），能够让其顺遂通过 UL94 V - 0 阻燃测试，并且烟密度能够大幅降低 50%。譬如，某品牌的家电产品外壳在采用此种添加比例的阻燃处理之后，不但在防火性能方面达到了高标准，有效地遏制了火焰的蔓延，而且在燃烧进程中产生的烟雾量显著削减，极大程度地降低了火灾发生时烟雾对人员造成的危害以及对视线的遮挡，为人们在紧急状况下的逃生和救援给予了更为有利的条件。

三、阻燃剂在塑料产品应用

阻燃剂的选取应当综合考量材料基体、加工条件、终端应用场景以及法规要求。未来的发展趋向聚焦于高效环保、低添加量以及多功能化（诸如阻燃+抑烟+增强），纳米技术与生物基材料的创新将会推动整个行业的进步。

应用趋势与选型考量环保法规驱动 ：无卤化趋势加速，磷系、膨胀型、无机阻燃剂需求上升。性能平衡 ：需权衡阻燃效率、机械性能、加工性及成本（如汽车部件优选耐高温的MH或IFR）。协同体系 ：复配技术（如ATH+APP、卤系+Sb₂O₃）以降低添加量。场景适配 ：电子电器：优先IFR或磷系（V-0级阻燃）；建筑材料：选用低烟无卤的无机体系；汽车轻量化：耐高温阻燃剂（如PA中的红磷）。

四、阻燃剂未来趋势

1、无卤化：欧盟的 REACH 法规促使磷 - 氮协同体系、金属有机框架（MOFs）发展起来。

2、高性能化：纳米杂化技术（比如说石墨烯/蒙脱土复合）能做到“阻燃 - 增强 - 功能”都在一起。

3、循环经济：研发能回收的阻燃塑料（像动态共价键网络设计这种）。

总结：

在选择阻燃剂之时，需综合考量效率、环保性、成本以及加工性能等方面。无机类和卤系的阻燃剂目前仍是主流，然而磷 - 氮协同、纳米技术以及生物基材料的发展势头迅猛。未来的突破关键在于化解“高效 - 环保 - 低成本”这一难以同时达成的三角难题，推动阻燃塑料朝着绿色化、智能化方向转型升级。