选择阻燃剂的原则

一、一般原则

一个有效的阻燃剂通常应能以物理或化学方式影响物质燃烧过程5个阶段（见第二章）中的一个或数个阶段，而其作用的结果是能延缓物质的燃烧并最终使燃烧熄灭。对燃烧过程的不同阶段，适用的阻燃剂可能是不同的。

在燃烧过程的加热物质阶段（即第一阶段），能在被阻燃物周围形成气态包覆层，或能降低被阻燃物熔点的阻燃剂是有效的。因为具有低导热性和高反射性的气态层可排斥来自外部热源的辐射热，而不致使被阻燃物温度过高。遇热能形成膨胀包覆层的阻燃剂，其阻燃途径之一，也是通过低导热性的表面层发挥功效的。此外，如阻燃剂能降低被阻燃物熔点，则可改变被阻燃物的热性能和使被阻燃物表面的吸热容量增加，因而可延缓被阻燃物的升温速度。再有，一些可吸热分解并产生不燃气体的阻燃剂也适用于此阶段的阻燃。

在燃烧过程的第二阶段，即可燃物热分解和热降解阶段，有效的阻燃剂宜通过化学途径改变可燃物的热氧化降解模式，降低可燃气体浓度，同时还促进成炭、脱氢和脱水。这也可限制可燃气态碳氢化合物的生成。

在燃烧过程的第三阶段，即可燃物分解产生的气体被点燃的阶段，阻燃剂可通过多种方式发挥作用。一般而言，任何增加不燃气态分解产物浓度和降低可燃气态分解产物浓度的因素，都可在此阶段产生阻燃效果。因此，上面提到的在燃烧第一阶段和第二阶段可发挥阻燃作用的机理，在点燃阶段也有效。另外，如阻燃剂自身的分解反应，或它们与被阻燃基质的相互作用，可生成气态的自由基终止剂，则后者可与高活性的链传递剂（如·OH）作用而降低燃烧速度。实验证明，通过耗散高活性自由基的能量，燃烧速度可大大降低。还有，如阻燃剂分解时能生成密度大的不可燃气体，则它们可像毯子一样将可燃物表面包覆，因而断绝了燃烧过程所需的氧气供应而使燃烧中断。

即使在可燃物被引燃后，如能降低向可燃物表面的热传递速度，也可使燃烧过程被抑制。达到这一目的的一个有效途径，是采用分解时能在预燃区生成颗粒状物质的阻燃剂，这类“烟”状的颗粒能构成一个可衰减来自燃烧区辐射热能的表面。这种有效的“壁效应”可提高HO₂自由基，而相对降低HO自由基的生成速度，因后者比前者活泼得多，因而使反应的能量水平下降，故有利于减缓燃烧过程。

二、具体考虑

大多数阻燃剂的选择都是基于经验，因为火焰自熄的机理尚未完全为人知晓，人们提出的多种用以解释抑制和熄灭火焰的理论和假设，也多是基于实验结果。

已发现的最有效的有机阻燃剂是含磷、氮、氯或同时含这3种元素中的2种或3种的化合物。其他也具有阻燃作用的元素还有锑、硼、溴、硅等。因为磷、氮和氯的阻燃作用比其他元素高得多，所以迄今为止的大量研究工作是探讨这3种元素对火焰的抑制和熄灭作用。

在采用阻燃剂时，下述几点是必须考虑的。

（1）发挥阻燃功效的相态（气相或凝聚相）和燃烧过程的阶段，即阻燃是要在气相进行，还是要在凝聚相中进行，是在燃烧过程的第一阶段进行，还是在其他哪个阶段（如分解、引燃、燃烧……等）进行。

（2）阻燃作用必须在正好的时间和正好的地点发生。这句话的实质是获得阻燃效率的关键是被阻燃物的分解温度与阻燃剂的分解温度相匹配。这种匹配的重要性可用软质聚氨酯泡沫塑料（FPUF）的添加型阻燃剂加以说明。当分别以三（β-氯乙基）磷酸酯（TCEP）、三（二氯丙基）磷酸酯（TDCPP）及2，2-二（氯甲基）-1,3-亚丙基四（β-氯乙基）二磷酸酯（2XC-20）阻燃FPUF时，由这3种阻燃剂及FPUF的TGA曲线可以看出，TCEP及TDCPP的挥发性明显高于2XC-20，前两种阻燃剂在较低温度下即显示较大的热失重，其TGA曲线与FPUF本身的分解失重范围不相匹配。在起始阶段，TCEP及TDCPP具有较佳的阻燃效率，但随后则下降，故它们阻燃的FPUF不能通过ASTM D1564-64T热老化试验（140℃，22h）。但2XC-20的热失重曲线与FPUF的分解范围比较接近，故以它阻燃FPUF时阻燃效率较高而持久。

采用两种阻燃剂的混合物有时能获得更佳的阻燃效果。这两种阻燃剂应这样选择，其中一种的挥发性宜较大，且在约低于被阻燃基质开始降解和失重温度60～75℃时挥发，而另一种则宜在被阻燃基质失重约50%和达到最大分解速度时发挥阻燃作用。这样可在起始阶段使第一种阻燃剂蒸气在气相中的浓度相对于被阻燃基质分解所产生的可燃气体而言，具有较高的浓度，同时可使阻燃剂的热失重曲线与被阻燃材料的热失重曲线更好地匹配。但无论如何，所添加的阻燃剂一定要能承受被阻燃材料的加工及成型温度。

（3）要采用特定的阻燃剂和适当的用量，并根据高聚物的使用要求，以赋予特定的高聚物以适当的、所要求的阻燃级别。加入过量的阻燃剂不仅是不必要的，有时甚至是有害的。这就是说，任何一个阻燃剂都不是通用的，不同的被阻燃基材需要采用适当的阻燃剂，才能收到良好的效果。

（4）当加入所需用量时，对被阻燃基材的性能（如物理-机械性能、电性能）具有明显影响的阻燃剂是不宜采用的。