合成材料，特別是熱塑性材料的易燃性導致了阻燃劑體系的發(fā)展。阻燃劑可分為無機阻燃劑和有機阻燃劑。無機阻燃劑同時具有阻燃和抑煙作用,燃燒時不產(chǎn)生有毒氣體和腐蝕性氣體,但添加量較大,故嚴重影響被阻燃材料的物理和機械性能及加工性能,國內(nèi)外普遍采用固體顆粒的超微細化、表面活性處理、微膠囊化等方法改善其性能。有機阻燃劑有鹵系阻燃劑和磷系阻燃劑。鹵系阻燃劑阻燃效果好,但起阻燃作用的ＨＸ是有毒的腐蝕性氣體,將逐漸被淘汰;磷系阻燃劑毒性較低,但阻燃效率較低,為了提高其阻燃效果,采用磷-氮協(xié)同阻燃。膨脹型阻燃劑（ＩＦＲ）系以磷、氮為主要組成的阻燃劑,它不含鹵素,也不采用氧化銻作為協(xié)效劑,是一種阻燃效率高的環(huán)保型阻燃劑。２０世紀９０年代后膨脹型阻燃劑成為最為活躍的研究領域之一,也被公認為是實現(xiàn)阻燃劑無鹵化很有希望的途徑之一。

１膨脹型阻燃劑的阻燃機理不斷更新國內(nèi)學者普遍認為膨脹型阻燃體系一般由三個部分組成:酸源、炭源和氣源［１］。酸源一般是無機酸或加熱到一定溫度后能形成無機酸的化合物,如磷酸、三氯氧磷、聚磷酸銨等;炭源也叫成炭劑,它是形成泡沫炭化層的基礎,主要是一些含碳量高的多羥基化合物,如季戊四醇、淀粉等;氣源也叫發(fā)泡源,常用的發(fā)泡源有三聚氰胺、雙氰胺等。國外有些學者認為膨脹型阻燃劑由四個部分組成:粘合劑、炭化劑、炭化催化劑（酸源）和發(fā)泡劑［２～３］。膨脹型阻燃劑的阻燃機理為:當受熱時酸源分解產(chǎn)生脫水劑,它能與成炭劑形成酯,酯然后脫水交聯(lián)形成炭,同時發(fā)泡劑釋放大量的氣體幫助膨脹炭層。厚的炭層提高了聚合物表面與炭層表面的溫度梯度,使聚合物表面溫度較火焰溫度低得多,減少了聚合物進一步降解釋放可燃性氣體的可能性,同時隔絕了外界氧的進入,因而在相當長的時間內(nèi)可以對聚合物起阻燃作用。為了深入研究膨脹型阻燃劑的阻燃機理,克服以前對膨脹型炭層材料特性只研究４３０℃以內(nèi)的阻燃體系,ＳｅｒｇｅＢｏｕｒｂｉｇｏｔ等［４］通過微-拉曼光譜、１３Ｃ、１Ｈ、３１Ｐ的ＮＭＲ研究了聚磷酸銨-季戊四醇膨脹型阻燃體系４３０℃以上的固相譜圖。當溫度升高時,膨脹結構也在發(fā)生變化,２８０℃時主要是芳香族和脂肪族分子通過磷酸酯（鹽）橋鏈接;隨著溫度升高,芳香族分子的濃度增大,５６０℃時芳香族分子基團占據(jù)主要地位,因此結構剛性增加,應力變形困難,在炭層中形成了Ｐ４Ｏ１０的晶體。高溫膨脹現(xiàn)象炭化機理的研究為合成新的膨脹型阻燃劑及阻燃劑改性提供了理論指導。馬志領等［５］通過對ＩＦＲ的膨脹效果及應用于聚丙烯的阻燃效果研究發(fā)現(xiàn),剛性結構的阻燃劑具有更好的阻燃效果,ＩＦＲ材料提高阻燃效果的關鍵是克服燒滴現(xiàn)象,提高膨脹效果。

２新的改性膨脹型阻燃體系不斷出現(xiàn)膨脹型阻燃劑自９０年代以來發(fā)展很快,國內(nèi)外許多學者都對其作了大量的研究工作。如徐加艷、胡源等［６］認為膨脹型阻燃劑是實現(xiàn)阻燃材料向綠色化、環(huán)保型方向發(fā)展的一條有效途徑。ＰＶＡ與含磷化合物組成的膨脹阻燃體系阻燃效果好,但由于磷酸、磷酸鹽與ＰＶＡ共同使用時易發(fā)生凝結,使其水溶性遭到破壞,且易吸潮,表現(xiàn)出現(xiàn)鹽堿現(xiàn)象。而磷酸酯不溶于水,不能與ＰＶＡ共同使用,使該體系的應用受到局限。馬志領、趙文革［７］采用（β 氯乙基）磷酸酯酰氯以三氯甲烷為介質,通過脫ＨＣｌ發(fā)生酯化反應對ＰＶＡ進行接枝,得到阻燃ＰＶＡ,可單獨使用,也可作為膨脹型阻燃劑與其他聚合物共混使用。針對膨脹型阻燃劑炭層較脆和暴露在５００℃以上的空氣中緩慢氧化影響其阻燃效果，ＢａｌｊｉｎｄｅｒＫ．Ｋａｎｄｏｌａ等［８］根據(jù)阻燃劑和纖維織物混合時的燃燒行為提出了通過物理和化學相容機理來形成纖維-炭層交聯(lián)的增強型膨脹型炭層或稱炭-鍵結構,這一結構具有極強的抗氧性,從而增強了阻燃效果,大大延緩了炭層氧化程度。Ｃｈｉｕ，Ｓｈｉｈ-Ｈｓｕａｎ等［９］對膨脹型阻燃劑聚磷酸銨填充到聚丙烯中雖然有較強的阻燃性,但有較高的ＣＯ濃度和煙密度的問題,在聚丙烯膨脹型阻燃劑中加入一定量的氫氧化鎂,結果表明,ＣＯ濃度和煙密度顯著下降,而且混合物阻燃性非常好。Ｂｏｕｒｇｉｇｏｔ，Ｓｅｒｇｅ等［１０］將ＰＡ-６、粘土納米粒混合作為膨脹型阻燃劑的成炭劑用于乙烯-醋酸乙烯共聚物中,結果發(fā)現(xiàn)ＰＡ-６能顯著提高材料的力學和防火性能；粘土能提高磷炭質結構的熱穩(wěn)定性,從而提高炭層對火焰的屏障效應;炭層具有類似陶瓷的性質,可以充當很好的保護層。為了減少聚磷酸銨的用量,Ｌｅｖｃｈｉｋ，Ｓ．Ｖ等［１１］將二氧化錳部分代替聚磷酸銨用于ＰＡ-６中,結果發(fā)現(xiàn),二氧化錳代替２０%的聚磷酸銨的阻火體系能顯著提高其阻燃效果。這是由于一方面,這種添加劑促進了聚合物參與形成炭層;另一方面,形成的錳-磷酸鹽玻璃膜提高了膨脹化炭層熱絕緣特性。ＲｏｎｇＣａｉｘｉｅ等［１２～１３］用膨脹石墨代替酸源和發(fā)泡劑作為膨脹型阻燃劑的添加劑。此種阻燃劑可單獨使用,也可與其他無鹵阻燃劑聯(lián)合使用,不僅提高了ＬＯＩ值,而且有利于促進炭層形成和提高聚乙烯材料的熱穩(wěn)定性。并對石墨膨脹型炭層的結構和阻燃機理進行了研究。張志龍、高瑜等［１４～１５］對成炭促進劑Ｚｅｏｌｉｔｅ作為ＡＰＰ／ＰＥＲ和ＬＥＰＥ的催化成炭作用及作為ＩＦＲ的增效劑進行研究,發(fā)現(xiàn)其阻燃效果良好,同時還對ＡＰＰ／ＰＥＲ之間的膨脹成炭反應歷程進行了初步探討。

３新的膨脹型阻燃劑不斷合成,應用范圍日益廣泛膨脹型阻燃體系,近年來已用作許多高分子材料的阻燃劑,來提高其對火的穩(wěn)定性,實驗室不斷合成出新的品種。如陳國棟等［１６］以工業(yè)季戊四醇、三聚氰胺、三氯氧磷為原料合成了新型無鹵膨脹型阻燃劑季戊四醇雙磷酸酯蜜胺鹽。馬志領等［１７］用磷酸、季戊四醇、三聚氰胺合成了膨脹型阻燃劑,應用于聚丙烯,阻燃效果良好。Ａ．Ｂａｌｌｉｓｔｒｅｒｉ［１８］等用銨、六溴環(huán)十二烷合成的膨脹型阻燃劑用于聚丙烯腈樹脂,取得了較好的阻燃效果。目前商品化品種有ＨｏｅｃｈｓｔＣｅｌａｎｅｓｅ公司的ＥｘｏｌｉｔＩＦＲ-１０和Ｅｘ ｏｌｉｔＩＦＲ-１１及Ｍｏｎｔｅｄｉｓｏｎ公司的ＳｐｉｎｆｌａｍＭＦ-８２［１９］。這兩類阻燃劑均為白色流散性粉末,磷含量１９%～２１%,氮含量１６%～１８%,密度約１．７ｇ／ｃｍ３,分解溫度為２４０～２７０℃,平均粒徑為１２～１４μｍ（Ｅｘｏｌｉｔ）或約４０μｍ（Ｓｐｉｎｆｌａｍ）,均主要適用于阻燃聚乙烯和聚丙烯,這些阻燃劑都具有較高的氧指數(shù),生煙量與未阻燃的ＰＰ相當。