硼系阻燃剂

一、硼砂及硼酸

硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)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，以兼具气相及凝聚相阻燃。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，这样在凝聚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，这可以从火焰区吸收能量，产生稀释和冷却效应；

④也可能生成自由基清扫剂，阻燃气相与凝聚相界面的氧化反应。

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。

二、硼酸锌

1.性能

有20多种硼酸锌，它们都符合通式xZnO·yB₂O₃•zH₂O，只是锌/硼比例不同。工业上使用最广泛的硼酸锌是2ZnO•3B₂O₃•3.5H₂O或2ZnO•3B₂O₃•7H₂O，前者的相对分子质量为434.66，后者为479.72。上述硼酸锌为白色结晶，熔点980℃，密度2.8g/cm³，折射率1.58，300℃以上开始失去结晶水，不溶于水和一般有机溶剂，可溶于氨水生成络盐。LD₅₀>10000mg/kg（大鼠、口服）。

2.应用

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HCl，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有一定阻燃效率。

三、新型硼酸锌

1.细粒硼酸锌

FirebrakeZB-fine是细粒径硼酸锌，其平均粒径为2-4μm（标准产品的平均粒径是7-10μm）。另外，人们还研制了公称粒径为0.5-3μm的超细硼酸锌，此类产品用于纤维，以改善材料的加工性和组分分散性。

2.耐热硼酸锌

耐热硼酸锌是一种热稳定性极高和生烟量极低的硼酸锌，一种是Firebrake415，失水温度为413℃，因而可用于加工温度极高的工程塑料，如聚醚酮、聚砜和聚醚酰亚胺。这种硼酸锌的阻燃效率与标准硼酸锌相同或略佳，但抑烟性能好。例如，在软PVC电缆包覆层中，以Firebrake415代替等量的标准FirebrakeZB，材料最大烟密度降低10-13单位（注：原文为“100-130°C单位”，此处应仅为数字单位，去掉℃）。另一个是XP-187，其热稳定性为450℃，平均粒径为2-3μm，故可用于在290℃加工的工程塑料、充气电线和电缆及飞机用层压板，且可改善阻燃材料的机械性能，特别是抗冲击强度。

3.无水硼酸锌

通常使用的硼酸锌阻燃剂系水合物，使用温度较低。有一种无水硼酸锌，分子式为2ZnO•3B₂O₃。此阻燃剂可耐温至600℃，特别是释热速度低，故很适于阻燃飞机零部件。无水硼酸锌可作为一系列加工温度极高的高聚物（如聚醚酮、聚砜、聚酯、尼龙、含氟高聚物等）优异的阻燃剂和抑烟剂。无水硼酸锌的主要性能如下：平均粒径10μm（激光衍射法测定），400℃时失重<1.5%，密度2.6g/cm³，折射率1.58。

4.高水硼酸锌

这种硼酸锌的水含量达30%（标准的FirebrakeZB含水14%），高的水含量和极低的失水温度（100℃）使这种硼酸锌特别适用于膨胀型涂层。在PΜ软泡中以这种硼酸锌代替部分氧化锑，材料烟密度可下降30%，并可促进炭层的生成。