阻燃涂料中的阻燃剂

阻燃剂的目的

阻燃剂体系是添加到聚合物基材中以增加其抗燃烧性的化合物或组合物 [ 43 ]。优秀的阻燃剂必须阻碍长期可燃性所需的一种或多种元素的供应。基本上，阻燃剂的目的是通过降低火灾条件下的火焰蔓延速度来降低聚合物基材的固有火焰风险。使用阻燃剂可以防止小火升级为大危机[ 44 ]。因此，为了有效，阻燃剂必须干扰聚合物基材的降解温度。通常，最常用的聚合物作为基材会在 200 至 400 °C 的温度范围内降解 [ 45 ]。

然而，值得注意的是，阻燃剂的目的不是防止材料着火，而是降低火焰蔓延的速度并防止持续燃烧。这可以通过增加聚合物的抗点燃性来实现。事实上，点燃是不可避免的，因为如果暴露于高水平的火焰应力 - 热辐射，大多数物质都会点燃，这主要是由于聚合物基材中的有机物含量造成的 [ 46 ]。因此，需要阻燃剂对聚合物降解温度的干扰过程[ 47 ]。事实上，对燃烧过程的干扰可能发生在气相和蒸气相（火焰区）以及冷凝相和固相（聚合物熔体）中。

对一般阻燃系统机制的全面而有用的描述。 有几种类型的阻燃系统，每一种都有自己的运行机制。基本上，阻燃剂会破坏聚合物材料的热分解途径。不同的成分与不同的聚合物有不同的相互作用，因此，阻燃剂的使用对它们所设计的基材非常特殊[ 49 ]。

阻燃剂发展简史

最初，含卤素阻燃剂的使用在 1970 年代 [ 50 ] 开始增加，而溴化体系的使用在 1980 年代 [ 51 ]急剧增加。一些在燃烧过程中形成酸的卤素阻燃剂通过抑制气相中的自由基起作用。当加热时，它们分解成卤素自由基，随后阻碍挥发性燃料的氧化。随后，它们在气相中与氧气发生反应，从而降低其浓度并熄灭火焰 [ 52 ]。此外，卤素系阻燃剂的增效剂包括锑系和磷系化合物。这些化合物有助于清除自由基和再生卤素自由基 [ 53 ,54 ]。

市场在 1990 年代开始从卤素阻燃剂转向无卤素阻燃剂，因为系统会排放有毒和腐蚀性气体，例如氢溴酸和盐酸烟雾，以及高浓度烟雾[ 55、56 ]。此外，含卤素的阻燃剂难以处理，这意味着该系统会带来严重的环境风险 [ 57 ]。向更环保的阻燃剂过渡在世界范围内引起了特别的兴趣，目前绝大多数研究都致力于非卤素系统 [ 58 ]。另一方面，替代系统通常效率较低且更昂贵。

还有其他类型的阻燃剂会释放出大量的不可燃气体，可以稀释供应给火焰的燃料或氧气量。基本上，这些类型的阻燃剂通过在燃烧材料表面形成固体残留物来减少火焰蔓延。因此，它们可以通过改变到聚合物基材的热传递路径来减慢燃烧过程中的热释放速率 [ 43 , 59 ]。同时，另一类阻燃剂通过在燃烧材料表面形成泡沫炭而起作用。这些类型的添加剂通常被称为膨胀系统 [ 59 ]。除此之外，该系统还可以通过上述机制的组合来发挥作用。

有几个原则可以解释阻燃系统的机理

描述阻燃剂不同原理的术语和定义见表格1以下。

阻燃系统的原理包括惰性气体稀释 [ 60 ]、热淬火 [ 61 ]、物理稀释 [ 62 ]、化学相互作用 [ 63 , 64 ] 和保护炭 [ 65 , 66 ]。

阻燃系统的另一个考虑因素是它们克服燃烧问题的有效性。对于优异的阻燃系统来说，诸如低火焰蔓延、低烟雾排放、无毒和不改变基材性能等要求是理想的。

此外，阻燃剂降低了用于维持高生活水平的固有易燃材料产生火焰的风险 [ 45 ]。尽管多年来大量阻燃剂已被证明是有效的，但现在人们越来越关注使用表面处理将阻燃剂化学定位在发生燃烧的材料外部，以保持理想的整体性能，同时最大限度地减少用量所需的添加剂 [ 70 ]。然而，改进目前的阻燃剂仍然存在挑战，因为这些处理的成功取决于它们的可扩展性、耐用性以及在不造成环境问题的情况下赋予所需功能的能力[ 71 ]。