聚丙烯纤维阻燃剂应用研究
张 虹
聚丙烯(PP)纤维由于具有高拉伸强度和低成本的特点，近10年年均需求以5%的速率连续增长。广泛用在衣物、
装潢、地板遮盖、卫生医学、汽车、各种家用纺织品等方面，且其应用领域已拓展到国防军工和某些产业用织物上，
这些应用促进了各国化学工业部门都在竞相开发研究各类PP纤维阻燃剂和阻燃纺织品。
1.含磷型阻燃剂
含磷型阻燃剂包含无机和有机2种。无机类如磷化氢、氧化磷、磷酸盐、红磷、亚磷酸盐等。有机类为反应型，
已引起阻燃化学界的广泛关注，可大致分为3种：简单反应型磷酸盐单体，线性聚膦嗪，芳香环膦嗪。
多磷酸铵(APP)是PP常用的阻燃剂，其阻燃行为有4种模式：形成可表面被覆的多磷酸；蒸发磷化合物的热沉
降行为；不易燃气体稀释易燃热分解物；熔融粘度的减小有利于形成阻燃熔滴。但APP在PP中不易碳化，可用环
状尿素-醛树脂、羟基乙烷氰脲酸盐或哌嗪基类化合物作协效剂促进碳化。将少量重金属盐添加到APP/PEB/PP复合
体系中,可增加APP的阻燃效果。
含磷型阻燃剂的发展趋势是：开发相对分子质量高的混合和齐聚有机磷阻燃剂，以降低挥发性、提高热稳定性；
使有机磷阻燃剂多功能化，如同时用作增塑剂或交联剂，以及降低毒性；开发具有多官能团的阻燃剂，如集卤素、
磷、氮3种元素中的2种或3种于一体的阻燃剂，由于协同效应，阻燃性能提高。
2.含卤型阻燃剂
含卤型PP阻燃剂的阻燃效果依赖于卤素的缓慢释放。脂肪族和脂环族卤素化合物因低的碳卤键能和相对慢的
卤素释放率，阻燃效果比芳香族卤素化合物更有效。Georlette等人发现溴化合物对PP的阻燃特别有效。
多溴二苯醚是含溴型阻燃剂中效果最好的品种，但是人们发现多溴二苯醚及其阻燃的合成材料的热解产物中含
有多溴二苯并二烷和多溴二苯并呋喃2种有毒物质，其中多溴二苯并呋喃具有强致癌作用。由于环保问题，含卤型
阻燃剂的使用受到了不同程度的限制，阻燃剂的无卤化正成为阻燃剂开发应用的主要趋势，但由于其阻燃效率高，
价格适中，在未来几年中其产量和使用量仍将继续增加，而且国内外一直还在努力研制和开发新型卤系阻燃剂，新
的品种还将不断涌现。
3.含硅型阻燃剂
含硅类阻燃剂是近年来国外少数几个国家开发的一类新型的无卤、低烟、低毒阻燃剂，其作用机理是硅氧烷在
燃烧时可以生成硅-碳阻隔层，起到阻燃效果。硅氧基聚合物燃烧时发热量低、烟雾少和毒性低，并具有很好的价
电强度和热稳定性，是一种环境友好型阻燃剂。随着环保呼声日益高涨，该类阻燃剂也将是今后阻燃剂研究和开发
的主要趋势之一。
4.金属氢氧化物及其氧化物
PP金属氢氧化物阻燃剂的主要优点是低毒、低腐蚀和低排烟性。金属氢氧化物在燃烧过程中释放水，稀释燃
烧区域的燃料，降低底物释放的热和温度，在高含量下可达到一定的阻燃效果。
典型的金属氢氧化物阻燃剂是氢氧化铝和氢氧化镁。M.Sain研究了含有氢氧化镁和PP复合材料的阻燃性。通
过比较横向燃烧率和极限氧指数（LOI）测试，发现25%的氢氧化镁可有效降低PP复合材料燃烧性能；而将硼酸和
硼酸锌分别与氢氧化镁复配，结果表明阻燃效果还是由氢氧化镁产生。
A.B.Shehata研究发现将一种以与4,4’-二-（丙烯酰铵）二苯砜交联的N-（4-甲苯基）丙烯酰胺单体为基体
的钴螯合物可作为氢氧化镁协效剂，在钴螯合物质量分数分别为5%和10%时，大大降低PP的总热释放率和排烟率。
同时M.A.Hassan也研究将N-（4-氯苯基）丙烯酰胺与丙烯腈的共聚物与氯化铁、醋酸钴和醋酸锌得到相应的金属
螯合物。将这些金属螯合物与质量分数为16%的高岭土作为PP阻燃剂，发现铁螯合物与高岭土有最好的协效作用，
此协效混合物使PP平均热释放率降低60%，排烟率降低50%。
金属氧化物如氧化锡和三氧化二锑，因其存在添加量高、熔点高、很难与基体共混等不足，不易单独使用，常
作为含卤阻燃剂的协效剂使用。有机锑化合物熔点较低，作为PP阻燃剂有一定的效果。CostaL等研究三氧化二锑
/卤素在气相中的阻燃行为，发现有机锡化合物在气相中作为自由基引发剂，在固相中可碳化。
5.纳米复合材料
通常，改性蒙脱土、二氧化钛、三氧化二锑和硼硅氧烷这几种粘土可被用来提高PP阻燃性。其中钠阳离子交
换蒙脱土最常用。蒙脱土纳米复合材料的阻燃活性被认为是以蒙脱土的气化和沉淀为基础。聚合物表面被气化或燃
烧，蒙脱土片层可积累或沉淀在表面，以此阻止氧进入聚合物中并阻碍挥发物逸出。
Gilman等人研究了不同PP纳米复合材料的燃烧性能，发现最高热释放率比树脂降低70%～80%，最大粘土添加
量仅为2%～4%。机理研究表明纳米复合材料阻燃性改进的根源是由于固相分解过程的不同造成的。
纳米粘土促进碳化减慢PP燃烧，但没有减少燃烧趋势或降低燃烧后的性能。进一步研究是将其在更低的含量
下与其他阻燃剂一起使用。Marosi将硼硅氧烷添加到PP中，研究发现Na蒙脱土质量分数为1.5%时，硼硅氧烷和
粘土比为10∶1时就可得到UL 94V—0级的阻燃性。
6.其他方法
涂布技术在添加质量分数为5%时就可采用，是一种经济有效的用于改性粒子和纤维表面的方法。Nass B报道
用涂布“掩蔽”或胶囊化APP可大大减少水敏感性，调节极性，改善挤出过程的相容性。大量研究已报道接枝技术
可提高PP阻燃性。
近来汽巴公司开发出受阻胺阻燃稳定剂(HAS)产品Flamstab NORll6，在添加质量分数为1%～1.5%时就对PP纤
维起到一定的阻燃性，在溴化合物存在下可被使用。Flamstab NORll6可替代三氧化二锑作为含卤或不含卤阻燃剂
的协效剂。
21世纪的发展对于PP纤维及其阻燃剂性能要求越来越高，阻燃体系是多组分的复杂体系，包括不同性质的阻
燃剂、碳化促进剂、交联剂、填充剂等。为了得到更优化的综合性能并发挥它们之间的协效作用，需对阻燃体系中
各组分的相互作用进行研究并且开发新的阻燃体系。含硅型阻燃剂、金属氢氧化物及其氧化物、纳米复合材料以及
HAS由于具有较好的热稳定性、不挥发、无毒无腐蚀、在燃烧时不造成二次污染，其研制与开发必然将成为阻燃剂
的主流。同时还要在抑烟性的改善、协同体系的开发等方面进行研究，使得PP纤维阻燃技术在21世纪得到迅速发
展。