无机阻燃剂有哪些？阻燃机理是什么

无机阻燃剂（inorganic flame retardnat）是耐高温溶液加入超微无机金属氧化物精细加工而组成。无机阻燃剂主要是把具有本质阻燃性的无机元素以单质或化合物的形式添加到被阻燃的基材中，以物理分散状态与高聚物充分混合，在气相或凝聚相通过化学或物理变化起到阻燃作用。

无机类阻燃剂主要有金属氢氧化物、红磷、硼类化合物等，无机阻燃剂具有热稳定性好、不挥发、效果持久、价格便宜等特点，得到广泛的应用。

一、金属氢氧化物

01氢氧化镁

Mg(OH)2作为阻燃剂与Al(OH)3是极其相似的，但是Mg(OH)2的热分解温度比Al(OH)3高60℃，吸热量高约17%，抑烟能力也较优。故对于加工温度较高的高聚物，以Mg(OH)2作为阻燃剂更适宜。

阻燃机理：

（1）生成MgO：Mg(OH)2分解时失水，生成MgO，MgO是实际起作用的阻燃剂及抑烟剂。

（2）延迟引燃时间：Mg(OH)2能延迟材料的引燃时间，且由于能催化氧化烟量，故可减少材料生烟量和烟逸出的速度。

（3）吸收自由基和碳：高活性的MgO层能吸收很多物质，包括自由基和碳，后者在材料燃烧时沉积为灰。

Mg(OH)2具有极佳的消烟性能。以Mg(OH)2阻燃PP与以卤-锑体系阻燃PP生烟量相比，前者的透光率在90%以上，且不能随燃烧时间而有明显变化；后者的透光仅在15%~40%。Mg(OH)2也具有很优异的抑制HCl生成的能力，且优于Al(OH)3。在500℃下HCl生成量，Mg(OH)2阻燃的仅为Al(OH)3阻燃的40%，为阻燃的36%。

02氢氧化铝

氢氧化铝是无机阻燃剂中最重要的一种，就消耗量而言，在所有阻燃剂中稳居首位，氢氧化铝低毒且低腐蚀，抑烟，价格低廉。

阻燃机理：

（1）吸热，放出水蒸气：分解吸热，并从火焰中吸收辐射能。这种吸热有利于降温，促进脱氢反应和保护炭层；分解放出的水不仅是一个冷却剂，还是一个稀释剂。水蒸气犹如一层毯子，将火焰包围。

（2）形成氧化铝层：ATH脱水生成的氧化铝层，具有极高的表面积，故能吸收烟和可燃物，使材料燃烧时释放出的CO2量降低。

（3）终止自由基反应：ATH可作为电子给予体，终止自由基反应，而生成的是活性炭较低的无极自由基，后者不能引发自由基反应。

Al(OH)3的用途极其广泛，不仅用于阻燃，也用于消烟和减少材料燃烧时腐蚀性气体的生成量，不仅可以单独使用，也常与其他阻燃并用；不仅可用于热固性树脂，也可用于热塑性树脂。目前ATH常用作填料性阻燃剂，也用于EVA、LDPE、LLDPE电缆料（包覆层以及绝缘层），也用于阻燃PP和很多热固性高聚物（如不饱和聚酯、环氧树脂等）。

二、磷系

01红磷

红磷是一种无机聚合物，红磷受热分解，可和周围空气中的氧气发生反应生成含氧磷酸，这种含氧酸的吸水性比较好，能让燃烧聚合物表层脱水炭化形成炭化层，这样不但能够将外部的氧、挥发性可燃物和热与聚合物隔离，减少可燃性挥发组分的释放，还具备吸热性，降低聚合物表面的氧化热，实现凝聚相阻燃。

红磷的热解产物PO·自由基进入气相后，还可以捕捉燃烧火焰中大量的H·、HO·自由基，切断火焰氧化链反应，起到气相阻燃的作用。红磷因为仅含有阻燃元素磷，所以比其他磷系阻燃剂的阻燃效率高，即使在阻燃剂用量甚低时也是如此。在某些情况下，对某些含氧高聚物，红磷阻燃效率甚至比溴系阻燃剂更胜一筹。

微胶囊化红磷系在红磷表面包覆一层或几层保护膜而形成的，此保护层一可防止红磷颗粒与氧及水接触而产生磷化氢；二可避免红磷由于冲击加热而引燃。微胶囊化红磷与普通红磷相比，阻燃效率高对制品的物理-机械性能影响小，能改善阻燃剂与树脂的相容性，且低烟低毒，与树脂混合时不放出PH3，也不容易被冲击加热引燃，耐候性及稳定性也较佳。

红磷也有其缺点，在空气中很容易吸收水分，生产H3PO4、H3PO3、H3PO2等物质，如果红磷存在于高分子材料制品中，吸潮氧化，使制品表面腐蚀后失去光泽和原有性能，并慢慢向内层腐蚀，同时产生的含氧酸也会腐蚀加工设备。

红磷长时间和空气接触，不但会生成磷的含氧酸，还会释放出剧毒PH3气体。此外红磷与树脂的相容性差，而且会出现离析沉降，使树脂的粘度上升，给树脂的浇铸、浸渍、操作等带来困难，也会导致合成材料的性能下降。除此之外红磷吸湿性、不稳定性对塑料制品的物理性有不良影响，其本身的紫红色，也会让制品着色。红磷易被冲击所引燃，干燥的红磷粉尘具有燃烧和爆炸等危险。

02聚磷酸铵

聚磷酸铵通常简称为APP聚磷酸铵应用十分广泛，可用于阻燃塑料、纤维、橡胶、纸张、木材，还可用于森林、煤田的大面积灭火。APP另一个重要作用是作为酸源，与炭源及气源并用，组成膨胀型阻燃剂，聚磷酸铵阻燃剂无毒、无味，不产生腐蚀性气体，吸湿性小，热稳定性高，是一种性能优良的非卤阻燃剂。

APP阻燃机理是受热脱水后生成聚磷酸强脱水剂，促使有机物表面脱水生成碳化物，加之生成的非挥发性磷的氧化物及聚磷酸对基材表面进行覆盖，隔绝空气从而达到阻燃的目的。

APP在225℃左右热分解生成磷酸，高于300℃进一步脱水形成聚磷酸或聚偏磷酸。APP由于同时含有氮元素，受热分解放出CO2，N2，NH3等气体，这些气体不易燃烧，阻断了氧的供应，实现了阻燃增效和协同效应的目的，同时它的增效和协同作用使该阻燃剂不仅具有良好的阻燃性能，而且还具有发烟量少，不产生有毒气体及具有自熄性等特点。

三、硼系

01硼砂及硼酸

硼砂和硼酸长期以来就用作纤维素的阻燃剂。硼酸是一个很好的抗阴燃剂，而硼砂则是一个很好的阻燃剂，因此常使用两者的混合物阻燃纤维素，以兼具气相及凝缩相阻燃。此混合物的阻燃机理与大多数含硼添加型阻燃剂相似：

（1）生成纤维素硼酸酯，抑制纤维素解聚和减少挥发产物的生成，这样在凝缩相可形成较多量的炭；

（2）在材料表面形成无机玻璃态沉积物，这有助于产生膨胀效应；

（3）吸热分解释出水合水，这可从火焰区吸收能量，产生稀释和冷却效应；

（4）也可能生成自由基清扫剂，阻燃气相与凝缩相界面的氧化反应。但硼酸及碱金属的硼酸盐溶于水，不能用于合成聚合物的阻燃。

02硼酸锌

硼酸锌价廉，无毒，无刺激，在低于260℃时仍含有水合水，以共价键与羟基键合。硼酸锌的另一个特点是它对很多聚合物的强度、伸长率及热老化性能没有什么影响。

硼酸锌似乎可同时在气相及凝聚相起作用，它与含卤高聚物作用能产生氯化锌和氯氧化锌，此两者均系自由基终止剂，这点与Sb2O3作用类似。另外，硼酸锌可促进成炭。含硼酸锌的PVC在560℃下所形成的炭中，含有原硼酸锌中80%的硼及62%的锌。

锌也能催化PVC脱HCI，使PVC交联而导致成炭。硼酸锌还能在聚合物表面形成粘性的液层，此层可减弱火焰和阻止它下面的炭层免遭氧化。除用于PVC外，硼酸锌还是其他一些含卤材料(如含溴聚酯、尼龙和环氧树脂)有效的协效阻燃剂。在无卤阻燃EVA电缆料、PE、环氧树脂、丙烯酸酯和合成橡胶中，硼酸锌与ATH间也存在协效作用。在用作电缆料的含硅聚合物中，硼酸锌本身即可用作阻燃/抑烟剂。

硼酸锌常与其他阻燃剂并用，以发挥阻燃协效作用和抑烟功能，可广泛用作不饱和聚酯、环氧树脂、PBT、PET、PA、聚砜、聚苯醚、EVA、EEA、PE、EPDM、丙烯酸酯等的阻燃剂，在硅橡胶中，单一的硼酸锌也具有优异的阻燃效率。

四、膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂分为物理膨胀型阻燃剂和化学膨胀型阻燃剂。物理膨胀型阻燃剂以可膨胀石墨为主，通过加热造成石墨片层卷曲而迅速膨胀；而化学膨胀型阻燃剂通常要以酸源、炭源和气源三源共同作用。

酸源目前使用较多的是聚磷酸铵、硅酸盐、马来酸酐等；炭源的品种主要有季戊四醇、酚醛树脂、聚酰胺等；常用的气源有三聚氰胺、双氰胺、聚磷酸铵、尿素等。

五、其他

01草酸铝阻燃剂

草酸铝(BAO)系由ATH衍生的结晶状物，碱含量低。含BAO的高聚物(如PP)燃烧时，放出H2O、CO及CO2，而不生成腐蚀性气体，有毒产物的生成量也不比木材多，BAO还能降低烟密度和成烟速度。

BAO可用于阻燃加工温度达330℃的工程塑料，且能赋予聚烯烃、聚酯、PVC、尼龙、ABS和PPO/PS共混体等UL 94 V-0阻燃级。由于BAO的碱含量很低，所以用其阻燃线、缆的包覆料和绝缘料时，不影响材料的电气性能。

02硫化锌为基的阻燃剂

硫化锌为基的阻燃剂，可用于硬质PVC和软质PVC、聚烯烃和尼龙。这类阻燃剂可提高塑料的抗老化性能，与玻纤相容，且对聚烯烃有稳定作用，以其阻燃的PVC、聚烯烃可具UL 94 V-0阻燃级。