新型阻燃剂现状与发展
摘要：本文就阻燃剂的发展历史、阻燃机理以及研究进展和发展方向进行了
较深入系统的综述。
关键字：阻燃剂；阻燃机理；发展状况
Abstract:This paper systematically reviews the the development
history of flame retardant,the mechanisms of flame retardant and research
progress and development direction.
概念
能够增加材料耐燃性能的物质叫阻燃剂。阻燃剂是提高可燃性材料难燃性的
一类助剂。它们大多是周期表中第Ⅴ、Ⅶ和Ⅲ族的化合物，如第Ⅴ族氮、磷、锑、
铋的化合物；第ⅶ族的氯、溴的化合物；第Ⅲ族硼、铝的化合物，此外硅和钼的
化合物也作为阻燃剂使用；其中最常用和最重要的是磷、溴、氯、锑和铝的化合
物，很多有效的阻燃剂配方都含有这些元素。
燃烧和阻燃剂的作用机理
燃烧机理[1]
维持燃烧的三要素：可燃物，氧，热。具备这三要素的燃烧过程，大致分为
五个不同的阶段。
（1）加热阶段 由外部热源产生的热量给予聚合物，使聚合物的温度逐渐
升高，升温的速度取决于外界供给热量的多少，接触物的体积大小，火焰温度的
高低等；同时也取决于聚合物的比热容和导热系数的大小。
（2）降解阶段 聚合物被加热到一定温度，变化到一定程度后，聚合物分
子中最弱的键断裂，即发生热降解，这取决于该键的键能大小。
（3）分解阶段 当温度上升达到一定程度时，除弱键断裂外，主键也断裂，
即发生裂解，产生低分子物：①可燃性气体：H2、CH4、CO等；②不燃性气体：
CO2、HCl、HBr等；③液态产物，聚合物部分解聚为液态产物；④固态产物，聚
合物可部分焦化为焦炭，也可不完全燃烧产生烟尘粒子（可形成烟雾，危害很大）
等。
（4）点燃阶段 当分解阶段所产生的可燃性气体达到一定浓度，且温度也
达到其燃点或闪点，并有足够的氧或氧化剂存在时，开始出现火焰，这就是“点
燃”，燃烧从此开始。
（5）燃烧阶段 燃烧释放出的能量和活性游离基引起的连锁反应，不断提
供可燃物质，使燃烧自动传播和扩展，火焰越来越大。
阻燃机理[2-5]
不同的阻燃剂可起到不同的阻燃作用，它们能使燃烧的五个阶段中的某一个
或几个阶段的速度加以抑制，最好能让燃烧在萌芽状态就被制止，即截断某一阶
段来源或中断连锁反应，停止游离基的产生。
阻燃机理有多种，分述如下。
1、保护膜机理
阻燃剂在燃烧温度下形成了一层不燃烧的保护膜，覆盖在材料上，隔离空气
而阻燃。这又分为两种情况。
（1）玻璃状薄膜 阻燃剂在燃烧温度下的分解成为不挥发、不氧化的玻璃
状薄膜，覆盖在材料的表面上，可隔离空气（或氧），且能使热量反射出去或具
有低的导热系数，从而达到阻燃的目的。如使用卤代磷作阻燃剂就是这种情况。
（2）隔热焦炭层 阻燃剂在燃烧温度下可使材料表面脱水碳化，形成一层
多孔性隔热焦炭层，从而阻止热的传导而起阻燃作用。如经磷化处理过的纤维素，
当受热分解是，纤维素首先分解出磷酸，它是一种很好的脱水作用的催化剂，与
纤维素作用的结果，脱去水分留下焦炭。当受强热时，磷酸聚合成聚磷酸。后者
是一种更强有力的脱水催化剂。
2、不燃性气体机理
阻燃剂能在中等温度行下立即分解出不燃性气体，稀释可燃性气体和冲淡燃
烧区氧的浓度，阻止燃烧发生。作为这类阻燃剂的代表为含卤阻燃剂，有机卤素
化合物受热后释放出HX。XH是难燃性气体，不仅稀释空气中的氧，而且其相对
密度比空气大，可替代空气形成保护层，使材料的燃烧速度减缓或熄灭，HBr与
HCl的重量比为1:2.2，因而含溴阻燃剂的效能约为含氯阻燃剂效能的2.2倍。
3、冷却机理
阻燃剂能使聚合物材料的固体表面在较低温度下熔化，吸收潜热或发生吸热
反应，大量消耗掉热量，从而阻止燃烧继续进行。此类阻燃剂有氢氧化铝和氢氧
化镁。
4、终止链锁反应机理
阻燃剂的分解产物易与活性游离基作用，降低某些游离基的浓度，使作为燃
烧支柱的链锁反应不能顺利进行。聚合物燃烧是，一般分解为烃，烃在高温下进
一步氧化分解为OH•游离基。如果能将发生链锁反应的OH•除去，则能有效地防
止燃烧。
5、协同作用机理
阻燃剂的复配是利用阻燃剂之间的相互作用，从而提高阻燃剂效能，称为协
同作用体系。常用的协同作用体系有锑—卤体系，磷-卤体系，磷-氮体系。
阻燃剂的发展历史
早在公元前83年，Claudius年鉴记载，在希腊港市Pracus的围攻中所使
用的木质碉堡用矾溶液（铁和铝的硫酸复盐）处理，目的是防燃，这是阻燃技术
在实践中的首次使用。1735年，Wyld发表了一篇英国专利[6]，用明矾、硼砂、
硫酸亚铁混合物使纤维纺织制品和纸浆等阻燃，这是关于阻燃剂的第一篇专利。
1820年，盖-吕萨克受法国国王路易十八的委托，为保护巴黎剧院幕布而研制阻
燃剂，他发现磷酸铵、氯化铵、硼硼砂等无机化合物对纤维的阻燃非常有效，他
还发现上述某些化合物的混合体系可提高阻燃性，他是最早对纺织物阻燃进行系
统研究的科学家。1913年燃料化学家W.H.Perkin不仅验证了前人的工作，还提
出了较耐久的织物阻燃处理技术[7]，即将绒布先用锡酸钠溶液处理，然后水洗、
干燥，使处理工程中生成的氧化锡阻燃剂进入纤维中。30年代，随着合成材料
的出现于发展，火灾威胁增加，因而阻燃剂和阻燃处理技术研究也随之发展。发
现氧化锑，有机卤化物（如氯化石蜡）和树脂粘合剂混用，可使织物具有良好的
耐久阻燃效果；在二次大战期间利用此项技术制成的“四阶”帆布，用于户外。
阻燃剂是50年代后期才广泛应用的。70年代则有了较大发展，阻燃机理研
究的逐步发展，阻燃剂品种和数量的迅速增加，使阻燃剂的研究和应用大大发展，
消耗量不断增加。
国内阻燃剂的研制、生产和应用始于60年代，由于起步迟、发展慢、品种
少而产量低。品种有三大类：即无机阻燃剂，卤素阻燃剂，磷系阻燃剂，约4
种。近年来我国阻燃剂行业发展十分迅速。2000 年前后，我国阻燃剂的产能在
10 万吨左右，其中氯化石蜡约占3/4，且开工率只有50%左右，而在欧美发达国
家，氯化石蜡已经是几十年前的产品，目前该产品将逐步退出市场。近几年来，
我国阻燃剂行业的产品结构逐渐从以卤系阻燃剂为主的格局，转变为以卤系、磷
系阻燃剂为主的格局，在目前全球阻燃剂无溴化的背景和趋势下，欧美等发达国
家的卤系阻燃剂的占比正逐步降低。因此，我国阻燃剂行业在市场规模扩大及产
品结构调整方面均有巨大的发展空间。
阻燃剂的发展趋势
随着人们对生活水平不断提高的需要，越来越多的功能将集合在由高分子材
料制成的交通和电子电气等设备上，高分子材料将承受更高的电流负荷和使用温
度，同时在建筑和装饰材料上可燃性高分子材料的应用将进一步扩大，这些都将
增加火灾发生的可能性，因此防火法律法规预计将会日趋严苛，阻燃剂的使用将
进一步增加。另外一方面，人们对健康和环境保护的需要将促使各国政府加强对
有毒化学品包括阻燃剂生产使用的批准和监管。
新型阻燃剂的发展趋势：
（一）发展高效型阻燃剂。现用的常规阻燃剂，阻燃效率低，用量大，从而
恶化了高聚物基材愿有的优异性能，增加高聚物燃烧或热解时生成的烟量及有毒
气体量，增加材料的价格，并造成阻燃高聚物加工及回收方面的困难，因此寻求
高效的阻燃剂系统是人们长期的目标。
（二）发展无卤化趋势。卤素阻燃剂因其用量少、阻燃效率高且适应性广，
已发展成为阻燃剂市场的主流产品，但它的发烟量大且释放出来的HX气体具有
高腐蚀往往发生二次灾害，可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金
属物件的腐蚀及人体呼吸道和其他器官的危害。近几年来美国、英国、挪威、澳
大利亚等已制定或颁布法令对其某些制品进行燃烧毒性实验或限制某些制品的
使用、对释放的酸性气体进行规定、取代卤素阻燃剂。发展无卤阻燃剂已成为世
界阻燃领域的趋势，
（三）抑烟化和无毒气体化趋势。发烟是聚合物燃烧的基本特征，据统计，
火灾中发生的死亡事故80%是由于建筑构件、装饰材料等物质热解和燃烧所释放
的烟和有毒气体窒息造成的。为此，世界各国都对塑料燃烧时的发烟量和有毒气
体浓度制定了严格的法规限制，抑烟化和无毒化已被列为阻燃技术的重点研究之
一。
参考文献
1]杨国文.塑料助剂作用原理.成都：成都科技大学出版社，1991.
[2]王元宏.阻燃剂化学及应用.上海：上海科学技术文献出版社，1988.
[3]CMC编辑部.塑料橡胶用新型添加剂.吕世光译.北京：化学工业出版社，1983.
[4]宋启煌.精细化工工艺学.北京：化学工业出版社，1995.
[5]山西省化工研究所编.塑料橡胶加工助剂.北京：化学工业出版社，1983.
[6]Pitts J J.et al.Flame Retardancy of Polymeric,New York:Marcel Dekker,1973.
[7]Lyons J W.Kirk-Othmer.Encyclopedia of Chemical Technolgy,3rd.1980,10,348.