改性塑料阻燃解决方案：核心特性与适用场景全面解析

 

阻燃剂是一类专门添加至塑料材料中，用于延缓火焰蔓延的功能性化合物。它们被普遍应用于电子电气元件、电线电缆、建筑材料以及家用电器等多个关键领域。

要使塑料具备防火安全性，理想状态下聚合物应拥有良好的热稳定性，即在受热时不易分解产生可燃气体。然而，高热稳定性的聚合物往往存在性能局限，例如加工困难或成本高昂。因此，通过添加阻燃剂来赋予普通塑料阻燃性能，成为一种实用且高效的方法。当前市场上有多种商业化的阻燃剂可供选择，如何针对具体应用筛选出最合适的技术方案，是一项需要综合考虑的挑战。

本指南旨在帮助您理解如何根据目标应用选择适宜的阻燃剂，并概述做出正确决策时需要遵循的关键标准。

 

一. 阻燃剂在塑料中的关键角色

塑料聚合物因其有机材料的本质，通常容易成为火灾中的燃料，在热量作用下会分解产生可燃物质。尽管聚合物具备众多优点，但其固有的易燃性在电气电子、交通运输、建筑等许多重要领域限制了更广泛的应用。

 

二. 主流阻燃剂类型详解

用于聚合物的阻燃剂主要可分为以下几大化学类别，例如：

• 卤系阻燃剂，涵盖溴系与氯系化合物。

• 磷系阻燃剂，包括有机磷化合物与红磷。

• 金属氢氧化物阻燃剂，例如氢氧化铝与氢氧化镁。

• 三聚氰胺基阻燃剂。

• 硅系阻燃剂。

除上述化学分类外，根据在聚合物中的存在形式，阻燃剂还可分为添加型与反应型。这两种类型可能对聚合物的各项性能，如粘度、柔韧性和密度等，产生不同影响。

 

1. 溴系阻燃剂

溴系阻燃剂是目前应用最为广泛的阻燃剂类别之一。这类产品具有卓越的适用性，在阻燃效率、机械性能保持、加工便捷性以及总体成本之间实现了优异的平衡。

工业上常用的溴化阻燃剂通常通过溴化双酚A工艺制得。该反应常在甲醇、卤代烃或水性烷基单醚等溶剂中，并在氢溴酸存在下进行。溴系阻燃剂常与无机填料协同使用，这有助于改善材料的机械性能，降低燃烧时烟气的密度与腐蚀性，从而减轻对环境的影响。它们能提供符合各类法规要求的有效解决方案，并使最终制品具备出色的综合性能。

 

2. 氯系阻燃剂

氯系阻燃剂是指氯含量较高的化合物，其主要作用机制在于气相阻燃。它们通常需要与三氧化二锑等增效剂配合使用，以达到最佳效果。

氯系化合物主要分为两大类：

• 氯化石蜡

• 氯化烷基磷酸酯

在选择氯系阻燃剂时，需要考虑氯含量、热稳定性、挥发性及物理形态等多个参数。

 

氯化石蜡

其通用分子结构可表示为 CxH(2x+2-y)Cly。根据所用石蜡链长度的不同，衍生出多种产品。液态牌号通常由短链石蜡制成，而氯含量高达70-72%的固态牌号则由高分子量石蜡生产。

氯化石蜡一个关键应用是作为软质聚氯乙烯（PVC）的阻燃增塑剂，与DOP或DINP等主增塑剂并用，广泛用于地板、电缆护套等领域以提高防火性能。高氯含量的固态牌号则可用于热塑性塑料，例如与三氧化二锑协同用于LDPE电缆护套料，以提升相比漏电起痕指数。

 

氯化烷基磷酸酯

这类产品主要用于硬质与软质聚氨酯泡沫。根据泡沫密度和所需通过的测试标准严格程度，添加量通常在5%至15%之间。使用此类产品可帮助泡沫材料达到诸如软质泡沫BS4735标准，硬质泡沫BS 476，NFP92-501，DIN 4102等阻燃等级。

 

氯化脂环族化合物

以十二氯二甲烷二苯并环辛烷为例，这种市售产品具备多项优点：

• 耐高温性能优异，热稳定性可达约320°C。

• 具有良好的耐紫外老化性。

• 属于非增塑型产品。

• 在基材中不易迁移析出，且不溶于常见填料。

• 用于阻燃尼龙时，能赋予材料很高的相比漏电起痕指数。

• 燃烧时生烟量较低。

• 具有低密度和良好的成本效益。

该产品适用于聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯等多种聚合物，并能与三氧化二锑、硼酸锌等多种增效剂复配使用。

 

3. 有机磷系阻燃剂

有机磷化合物是热塑性塑料和聚氨酯泡沫中最重要的阻燃剂种类之一，主要包括磷酸酯和膦酸酯，也涵盖磷-卤化合物以及磷与溴系阻燃剂的复配体系。

对于PC/ABS，PPO/HIPS等需要满足UL94 V0级等高阻燃标准的热塑性合金，磷酸酯类阻燃剂通常表现出良好效果，并能兼顾材料的物理性能与紫外线稳定性。

在聚氨酯泡沫领域，无论是硬泡还是软泡，常需满足特定国家或地区的可燃性测试要求。磷系阻燃剂，包括含氯（氯代磷酸酯）和不含卤素的品种，在此类应用中广泛使用。它们被认为是平衡加工性、阻燃效果和物理性能的理想选择。在某些需要低烟低毒的场景中，也会采用磷-溴复合体系。

聚氨酯生产商可以根据最终用途、关键性能指标以及必须符合的阻燃标准，在反应型添加剂、卤化及非卤化磷系阻燃剂之间灵活选择，从而满足市场对性能、相容性、效率、物理特性、加工性和成本的多重要求。

市场上基于磷酸酯的阻燃产品种类繁多，常见的有：

• 磷酸三苯酯，可用于ABS/PC合金、PPO等工程塑料以及酚醛树脂。

• 磷酸三甲苯酯，主要作为PVC的阻燃增塑剂和苯乙烯类化合物的添加剂。商业产品是邻位、间位、对位异构体的混合物，但需注意邻位异构体毒性较强，应尽量避免使用。

 

双芳基磷酸酯

商业化产品包括间苯二酚双（二苯基磷酸酯）和双酚A双（二苯基磷酸酯）。

• RDP，通常为无色液体，应用于ABS/PC，PBT和PPO。相较于普通芳基或烷基磷酸酯，这类产品挥发性更低，耐热性更高，增塑效应更弱。通常需要添加10-15 phr（每百份树脂中的份数）以达到传统阻燃测试要求。在较低添加量下，RDP还能改善ABS及苯乙烯类塑料在薄壁注塑时的加工流动性。

• BDP，与RDP应用相似，添加量约为20 phr。相比RDP，BDP能为聚合物提供更优的熔体稳定性和更低的挥发性。该产品还具有优异的水解稳定性，这对聚碳酸酯等易水解聚合物尤为有利。

 

烷基膦酸酯

以甲基膦酸二甲酯为代表，因其磷含量高而阻燃效率显著。但其高挥发性限制了它在硬质聚氨酯和高填充聚酯中的应用。

 

二聚或低聚环状磷酸酯

这类产品通常为高粘度液体，处理不便。部分供应商提供母粒形式的解决方案。二聚环状膦酸酯可用于聚酯纤维，在PET中添加约6%即可实现阻燃，也适用于硬质聚氨酯，且克服了挥发性问题。

 

4. 红磷阻燃剂

“红磷”特指磷的一种同素异形体，由白磷在无氧、约300°C条件下加热转化制得。其颜色从橙色到深紫色不等，取决于分子量、颗粒大小及杂质含量。

红磷本质上是一种无定形无机聚合物。它可作为单一添加剂应用于含氮或含氧聚合物中，例如某些工程塑料。在聚烯烃、苯乙烯类塑料及橡胶中应用时，则需要与发泡剂、成炭剂或无机氢氧化物等协同使用。

红磷阻燃剂通常用于要求极高阻燃等级的场合。其优点包括燃烧时不产生有毒烟气，并能赋予材料良好的电气性能（如高CTI值）和机械性能。由于其自身颜色限制，它不适用于白色或极浅色的制品，但非常适合黑色至中灰色系的产品。

红磷基阻燃剂具备高热稳定性，能够承受高达320°C的苛刻挤出加工温度而不会分解，不会释放危险物质、产生积碳或对加工设备造成腐蚀。

 

总结

以上，我们系统介绍了阻燃剂的基础知识，并详细剖析了当前市场上主流的卤系（溴系、氯系）和磷系（有机磷、红磷）阻燃剂。每种类型都各具特色，在选择时必须全面考虑聚合物基体类型、加工工艺条件、最终制品的性能要求以及相关的法规与环保标准。