膨胀型阻燃剂改性处理技术研究进展
金栋  燕丰
　　膨胀型阻燃剂（IFR）是近年来阻燃领域的研究开发热点，是以氮、磷、碳为主要成分的复合阻燃剂，不含卤
素，其体系自身具有协同作用，因此不需采用氧化锑为协同剂。含膨胀型阻燃剂的塑料在燃烧时表面会生成炭质泡
沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合绿色
阻燃剂的发展方向。但是由于膨胀型阻燃剂与聚合物相容性差，使聚合物的力学性能、电性能和绝缘性能下降，尤
其是拉伸强度、冲击强度大幅度下降，导致在工程上难以应用；膨胀型阻燃剂易吸湿，如以聚磷酸铵（APP）、三聚
氰胺(MEL)和季戊四醇（PER）为主要成分的阻燃剂体系，各成分之间易发生醇解，导致阻燃聚合物抗水性下降；膨
胀型阻燃剂的相对分子量低，从而材料的热稳定性、抗迁移性差，最终导致阻燃产品的物理机械性能降低，外观性
变差。因此，通常采用一些改性处理的方法来提高膨胀型阻燃剂的阻燃要求，同时又使其具有良好的力学性能、稳
定性和耐老化性等。
一、    表面改性技术
　　通过各种表面改性剂与膨胀型阻燃剂颗粒表面的化学反应和表面包覆处理来改变膨胀型阻燃剂的表面状态，可
以提高其表面活性，从而改善阻燃剂与聚合物基体之间的亲和力，有利于阻燃剂在基体中的分散，提高材料的加工
性能和力学性能。常用的表面改性剂主要有硅烷偶联剂、钛酸酯类、含磷的铁酸盐等化合物，也可用结构简单的饱
和或不饱和脂肪酸来处理。
　　大连理工大学夏英等将ABS-g-AA(丙烯酸)接校共聚物应用于ABS/IFR/蒙脱土(MMT)无卤阻燃体系中时发现，
ABS-g-AA的加入使复合材料的冲击强度提高了17倍，断裂伸长率提高了近6倍，复合材料的力学性能得到了有效
改善。北京理工大学郝建薇等采用聚乙烯醇(PVA)、铁酸酯偶联剂对可膨胀石墨(EG)的表面进行了改性，同时将改性
EG阻燃聚异氰尿酸酯改性聚氨酯泡沫塑料(PIR-RPUF)，并通过沉降试验发现EG在塑料中的分散稳定性显著提高。
二、    微胶囊化处理技术
　　微胶囊(MC)化是指用涂层薄膜或壳材料均质敷涂微小的固体颗粒、液滴或气泡。含固体颗粒的微胶囊的形状基
本与囊内固体相同，而含液体或气体的微胶囊形状一般为球形。采用微胶囊化技术对膨胀型阻燃剂进行包裹改性，
可以改善膨胀型阻燃剂的吸潮性，防止有效的阻燃成分在阻燃系统内的迁移，从而达到提高阻燃材料性能的目的。
天津合成材料工业研究所丁著明等提出采用微胶囊技术对APP进行包覆处理，电镜照片显示MC化的阻燃剂加入后增
加了与塑料的相容性。北京联合大学芦笑梅等使用EVA对APP制成的IFR进行包覆改性，将合成的防潮型膨胀阻燃
剂应用于阻燃PP，结果表明，采用此法制得的IFR可显著提高其与PP的相容性，具有阻燃、防潮、增韧效果。
　　上海化工研究院刘彦明等通过微胶囊化技术合成了新型磷氮体系无卤膨胀型阻燃剂ANTI-6，用ANTI-6对聚丙
烯(PP)进行阻燃改性。结果表明：PP中添加25%ANTl-6阻燃剂可以获得良好的阻燃效果，氧指数（OI）达到30%，
阻燃性达UL94 V-O级，阻燃PP具有优越的综合性能，耐热性优于国外同类产品。
三、    超细化技术
　　因阻燃剂颗粒太大而导致材料应力集中，同样会损害被阻燃材料的物理机械性能。当膨胀型阻燃剂达到纳米级
后，其颗粒具备了一些一般颗粒所没有的性质，如颗粒有大的比表面积、高表团能、缎子尺寸效应和宏观聋子隧道
效应等，表现出高强度、抗热震、抗氧化、阻燃效果增长等特点。Gilman等对APP/PA6和APP/纳米PA6(PA6和纳米
黏土的混合物)阻燃EVA-24的膨胀阻燃体系研究表明，含有纳米PA6的膨胀体系的热释放速率降低了63%，点燃
EVA24-APP/PA6 和EVA24-APP/纳米PA6，聚合物表面都能形成一层明显的膨胀炭层，均能使火焰自熄，但含有纳米
PA6体系的限氧指数LOI高达37。同时当APP与PA6的质量比为3:1时，体系的系统效应最为明显。UL-94试验表
明，纳米PA6体系中APP的含量为10%～34%时就达到V-0级(不含黏土时为13.5%～34%)，APP含量的降低有利于保
持材料的力学性能。在电子显微镜(TEM)及X射线衍射(XRD)下观察，EVA和纳米PA6分别呈现混合嵌入结构和各自
脱落状态。值得注意的是，无论哪种情况，UL-94试验都能达到V-0级，但含有纳米EVA体系的LOI从30升高至34，
热释放速率最低。因此纳米黏土的加入能够提高材料的阻燃性能，改善材料的力学性能。
四、    协同阻燃技术
　　对膨胀型阻燃剂进行复配，可降低阻燃剂用量，提高阻燃剂的阻燃性能，而且可使材料物理力学性能的损失降
到最低。除进行配方方面的研究以外，还须研究这些组分的热解动力学过程，运用优化理论和方法，以获得最优化
的膨胀型阻燃剂配方。
     天津轻工业学院刘敏江等采用红磷、APP、季戊四醇（PER）、MEL等无卤阻燃剂构成的多种阻燃体系对PP进行
了阻燃研究，结果表明化合物之间具有很好的阻燃协同作用，四者配比为5:30:10:1，总添加量为46份时，极限氧
指数最高可达40.2。
     北京理工大学胡兴胜等用氧指数法研究了EG与APP、磷酸三乙酯（TEP）、MEL、三聚氰胺氰脲酸盐（MC）等无
卤阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料(RPUF)中的协同阻燃作用，发现EG与两种含磷阻燃剂APP和TEP的协同效果最好。郑州
轻工业学院张忠厚等研究了EG、红磷协效阻燃聚丙烯性能的影响，结果表明：当复合阻燃剂重量百分比为10%、m(EG)：
m(红磷)为2：1时，复合材料的LOI为23，缺口冲击强度为0.71 kJ/m2。
　　中南林学院应用化学研究所吴志平等研究了超细硼酸锌对由APP与季戊四醇（PER）组成的膨胀型阻燃剂阻燃的
低密度聚乙烯(LDPE)阻燃性能和力学性能的影响。结果表明：超细硼酸锌与膨胀型阻燃剂以4.2：25.8 (质量比)组
成的复合阻燃剂的协同阻燃效果最好，阻燃剂用量达至30%时，LOI由24.5%提高至26.2%；力学性能亦有一定程度
的改善；拉伸强度从7.39MPa升高到8.51Mpa；断裂伸长率从57%提高到68.1%。热重分析表明，当温度高于540℃
后，复合阻燃剂阻燃的LDPE失重变慢，高温残重率增加。从扫描电镜和能谱分析可知，阻燃试样550℃的灼烧样品
成炭较致密，在炭层中除了含碳外，还含有大量的磷元素和少量的氮元素。
　　北京理工大学欧育湘等采用聚磷酸蜜胺和八钼酸蜜胺复合物阻燃PA6，实验结果表明，聚磷酸蜜胺/八钼酸蜜胺
复合物添加量为27%时，PA6的阻燃性能达U194V-O级，LOI为35.3%；PA6的释热速度峰值、释热速度平均值、总
释热量、有效燃烧热以及质量损失速率明显下降，同时也证明了八钼酸蜜胺具有良好的协同阻燃效应。
五、    阻燃剂的共聚与改性
　　将阻燃剂单体与聚合物接枝共聚，可以消除阻燃剂与聚合物的相容问题，是膨胀型阻燃体系的重要发展方向。
“三位一体”膨胀型阻燃剂是将炭源、酸源和气源组合在一个阻燃剂分子上，该IFR阻燃塑料最突出的特点是有效
降低了吸湿性，提高了热稳定性。但是由于该类大分子物质中各组分的配比固定，不同塑料所需要的最佳配比不同
有待进一步研究和完善。
　　通过对膨胀型阻燃剂进行表面改性、超细化、微胶囊化等处理技术可以改善复合材料性能，提高阻燃性，改善
复合材料的热稳定性和吸湿性能。预计在不久的将来，膨胀型阻燃剂将成为环保型阻燃剂的主要发展方向，将有利
地促进各相关行业的发展。