阻燃剂 (塑胶)

阻燃剂是用在塑料，纺织品和涂料中，为了抑制或抵御火灾的蔓延所加入的化学品。塑胶产品已广泛用于日常生活中，除了机械特性的要求外，也日益重视阻燃防火的安全特性，为了符合产品设计对于阻燃塑胶材料的需求。

人类最早使用阻燃剂的历史可追溯到公元前450年的古埃及人，当时是利用明矾来降低易燃性，公元前200年的古罗马人则是利用明矾加醋混合来提高阻燃剂效果。

## 类型

目前常用的阻燃剂可按照化学组成，分为有机卤系、有机磷系和无机系三大类；或依是否为聚合物的一部分，分为反应型和添加型。

- 无机系：矿物如氢氧化铝（ATH）、氢氧化镁（MDH）、杭特矿和水菱镁矿，各式水合物、红磷以及硼化合物，主要是硼酸盐类。
- 有机卤系：此类包括有机氯，例如氯桥酸衍生物和氯化石蜡；有机溴，如十溴二苯醚（deca-BDE）、十溴二苯乙烷（十溴二苯醚的替代品），溴化聚合物，如溴化聚苯乙烯、溴化碳酸酯低聚物 （BCO）、溴化环氧低聚物（BEO）、四溴邻苯二甲酸酐、四溴双酚A (TBBPA) 和六溴环十二烷（HBCD）。大多数的有机卤阻燃剂会与增效剂一起使用以提高其效率。三氧化二锑便是一种被广泛使用的增效剂，而五氧化二锑和锑酸钠等锑化合物也会被使用。
- 有机磷系：此类包括有机磷酸盐，例如磷酸三苯酯（TPhP）、间苯二酚双(二苯磷酸酯)（RDP）、双酚 A 磷酸二苯酯 （BADP）和磷酸三甲苯酯（TCP）；膦酸盐，如甲基膦酸二甲酯（DMMP）；和次膦酸盐，如二乙基次膦酸铝。还有一类重要的阻燃剂，它同时含有磷和卤素。此类化合物包括磷酸三(2,3-二溴丙基)酯，和氯化有机磷酸酯，例如磷酸三（1,3-二氯-2-丙基）磷酸酯（TDCPP）以及四（2-氯乙基）二氯异戊基二磷酸酯 (V6)。
- 其他还有像是羧酸、二羧酸等有机化合物

无机阻燃剂大多是添加型阻燃剂，他们不会进入聚合物的结构中。大多数有机卤素和有机磷酸盐化合物，它们虽然是存在于聚合物结构中的反应型阻燃剂，但也不会永远保持有效。进行进一步的研究依然持续进行，化学家将更多的化学基团接到这些材料上，希望在不失去其阻燃效率的情况下，使它们能够结合得更好。而这亦可避免这些材料排放到环境中。

由于公众对阻燃剂排放的争论，某些不会排放至环境中的反应型非卤化产品已于 2010 年后陆续进入市场。一些新的反应型阻燃剂甚至因其对环境的影响低而获得了美国环保署的批准。

## 应用

### 无卤型

无卤阻燃剂在树脂材料中之应用情形

树脂材料｜应用产品｜无卤难燃剂总类

PP｜板材｜P/N系化合物

金属氢氧化物

PE｜电线、电缆｜P/N系化合物

金属氢氧化物

PBT｜电子产品零件｜磷系化合物

Nylon｜电子产品零件｜氮系化合物

磷系化合物

Epoxy resins｜PCB｜反应型添加剂

### 溴系型

溴化阻燃剂（BFR）在电子产品内的应用如下：

耐燃剂｜塑胶种类｜电子产品应用

十溴联苯醚（Deca-BDE）｜HIPS（耐冲击性聚苯乙烯）｜电子机壳、手机、录放影机、遥控器

PE｜电线及电缆

PP｜建筑用电缆、通讯用电缆、电容器薄膜

PBT｜电子产品用连接器

环氧树脂｜个人电脑中使用及其他电子产品电路板

6Nylon｜电子产品连接器、电路遮断器、线圈

四溴双酚A（TBBPA）｜环氧树脂｜电路板板材、在个人电脑上使用的电路板、其他电子产品

ABS树脂｜电脑外壳、键盘、电视、个人电脑监视器、收音机、遥控器、录放影机、电源转接器、电池、手机、办公室自动化设备

六溴环十二烷（HBCD）｜EPS（可发性聚苯乙烯）｜建材

## 阻燃机制

### 吸热降解

一些化合物在高温下会吸热分解。镁和铝的氢氧化物，以及各式各样、镁和铝的碳酸盐类和水合物，如:杭特矿与水菱镁矿的混合物。这些物质反应去除反应物中的热量，从而冷却反应物。

氢氧化物和水合物的利用，受制于它们相对较低的分解温度，这限制了聚合物的最高加工温度（即那些应用于电线和电缆的聚烯烃材料）。

### 热屏蔽(凝结相)

阻止火焰在材料蔓延的另一种方法是在燃烧和未燃烧的部分间创造一个隔热屏障。经常使用的膨胀型添加剂，其工作原理便是在聚合物表面炭化，从而将火焰与未燃烧部分分开并减缓向未燃烧部分的热传递。

非卤化的无机和有机磷酸盐阻燃剂基本上便是用这项机制，生成烧焦的磷酸聚合物层来发挥防火作用。

### 释放气体

一些材料的热降解所产生的惰性气体（最常见的二氧化碳和水）能稀释可燃气体，降低它们的分压以及氧的分压，进而减缓反应速度。

### 气相自由基淬灭

氯化和溴化材质在热降解时会释放氯化氢和溴化氢，若还有三氧化锑等增效剂存在，则会释放卤化锑。它们与火焰中的高反应性H ·和OH · 等自由基反应，产生惰性分子和Cl ·或Br ·自由基。与H ·或OH ·相比，卤素自由基的反应性要小得多，因此大幅降低了燃烧时自由基氧化反应的力度。

## 使用和有效性

### 消防安全标准

阻燃剂通常添加到工业和消费品中，以满足家具、纺织品、电子产品和绝缘材料等建筑产品的耐燃性标准。

1975 年，加州发出第117号技术公告 (TB 117)，该公告要求用于填充家具的聚氨酯泡沫等材料能够承受蜡烛等级的小明火至少 12 秒。为了符合第117号技术公告的标准，家具制造商通常会在聚氨酯发泡材料里加入添加型卤化有机阻燃剂。尽管此时美国其他州并没有类似的标准，但有鉴于加州的市场如此庞大，制造商们于美国各地分销的产品中也都符合了 TB 117。美国家具中阻燃剂的传播，尤其是卤化有机阻燃剂与 TB 117 密切相关。

为应对软垫家具中阻燃剂对健康影响的担忧，加州于 2013 年 2 月提议修改 TB 117，要求覆盖软垫家具的织物满足闷烧测试并取消发泡材料的耐燃性标准。州长Jerry Brown于 11 月签署了修改后的 TB117-2013，并于 2014 年生效。修改后的法规并不要求减少阻燃剂的使用。

然而，这些消除阻燃剂向环境排放的问题可以通过使用一种新型的高效阻燃剂来解决，这种阻燃剂不含卤素化合物，并且能永久存在于家具和寝具产业所使用的发泡材料的化学结构中。添加该类阻燃剂的发泡材料已被证明不会排放出阻燃剂。这项新技术基于全新开发的“绿色化学”，最终泡沫含有约三分之一重量的天然油。在加州 TB 117生产中使用该技术泡沫，可以继续保护消费者免受明火点燃危害，同时提供新认可和新需求的保护，防止化学物质排放到家庭和办公室环境中。最近在 2014 年开展的“绿色化学”研究表明，可以制造出含有约 50% 天然油的发泡材质。这些低排放发泡材质有一个令人感兴趣的特性，就是它能够减少高达 80% 的烟雾排放量，而这有助于火场逃生，并降低现场应急人员（特别是消防员）的风险。

在欧洲，各国对家具的耐燃标准不一，英国和爱尔兰是最严格的。一般来说，全球家具和软装家具的各种常见阻燃测试的排名表明，加州的 Cal TB117 - 2013 测试是最容易通过的，其次Cal TB117 -1975的，其次是英国测试 BS 5852，然后是 Cal TB133。全球最苛刻的耐燃性测试里，其中一项可能是美国联邦航空管理局对飞机座椅的测试，该测试使用煤油燃烧器喷射火焰来测试物件。英国政府进行的 2009 年 Greenstreet Berman 研究表明，自1988年英国颁布家具和陈设品消防安全条例后， 2002 年至 2007 年期间，该安全条例每年减少 54 人死亡，780人受到非致命性伤害，以及避免了1065起火灾。

## 问题

### 耐热性

本身虽具有阻燃自熄能力，但阻燃剂在成形过程有可能造成热裂解，且使用阻燃剂也比起一般塑料热稳定性相对较差。

### 吐霜和电镀

在射出成形过程中，阻燃剂如果析出表面，会造成成品表面污染，同时会造成模具的污染。

### PBDE型阻燃剂

PBDE型相当广泛使用在塑胶添加剂上，但 PBDE型燃烧后却可能衍生致癌的戴奥辛（toxic dioxin）或呋喃（or difuran）成分。