大多数高分子材料属于易燃、可燃材料，燃烧时热释放速率大，热值高，火焰传播速度快，不易熄灭，有时还产生浓烟和有毒气体，对人们生命财产安全造成威胁，因此对于电子电气设备、家居建材等材料均有相关防火标准，而添加阻燃剂是实现高分子材料阻燃的主要方法。

一、阻燃剂的定义

阻燃剂又称难燃剂、耐火剂或防火剂，是一种用以提高材料抗燃性、阻止材料被引燃及抑制火焰传播的的助剂，有助于防止火灾发生，在发生火灾时能减缓火势蔓延，减少热量释放、烟雾和有毒排放物，最重要的是增加安全逃生的时间。

阻燃剂的历史最早可以追溯到1820年，二十世纪60年代开始，阻燃剂逐渐被大量生产和应用。时至今日，阻燃剂已经发展成为仅次于增塑剂的第二大添加剂。

阻燃剂的阻燃机理主要有：

1）吸热作用：阻燃剂受热分解挥发吸热，降低可燃物表面温度，起到阻燃作用；

2）覆盖作用：受热后形成覆盖层，隔热隔氧；

3）中断链反应：捕捉燃烧产生的自由基，从而延缓或终止燃烧反应；

4）不燃气体窒息作用：受热分解出不燃气体，稀释氧气和可燃气体浓度。

二、阻燃剂的种类

阻燃剂种类繁多，按化学结构可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类；根据元素种类可分为卤系、磷系、氮系、硅系、镁-铝系、钼系等；按阻燃剂和被阻燃材料的关系可分为添加型阻燃剂和反应性阻燃剂。下图为阻燃剂的大致分类：

目前使用的阻燃剂主要有无机系、有机磷系和有机卤系三大类，这三类阻燃剂的性能、阻燃效率、环保性及优势应用等情况如下：

1、卤系阻燃剂

卤系阻燃剂是指以卤素为主要阻燃成分的有机阻燃剂，自20世纪60年代开始被广泛应用。溴系阻燃剂是其中的代表，是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一。溴系阻燃剂在300℃下分解，能捕捉高分子材料降解反应产生的自由基，从而延缓或终止燃烧反应，释放难燃HBr气体阻隔可燃气体。

主要产品：四溴双酚A、十溴二苯乙烷等。

特点：阻燃效率高，用量少，价格适中，对材料的性能影响小，但燃烧烟雾大，释放有毒腐蚀性气体。

发展状况：国际社会相继出台了POPs公约、WEEE、RoHS、REACH等法规政策，卤系阻燃剂在环保方面日益受到严格限制，且由于全球溴资源的稀缺和垄断，溴素的价格上涨较快，导致溴系阻燃剂的成本优势逐渐丧失，市场占比逐渐下降。

2、磷系阻燃剂

磷系阻燃剂包括有机磷系阻燃剂和无机磷系阻燃剂。主要特点：低毒、低烟、低卤甚至无卤，效率高，用量少等。

1）有机磷系阻燃剂

主要产品：膦酸脂、磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐、氧化膦及磷-氮化合物等。

含磷化合物受热分解的产物有非常强的脱水作用，能使所覆盖的聚合物表面炭化，形成炭膜，隔绝空气，从而达到阻燃的作用。

缺点：耐热性较差，挥发性较大，恶化塑料的热变形温度。

2）无机磷系阻燃剂：

主要产品：红磷、微胶囊红磷、磷酸铵盐、聚磷酸铵（APP）等。

APP适用于膨胀型阻燃体系中，主要用于聚烯烃、聚氨酯泡沫、涂料等阻燃。

3、金属氢氧化物

以氢氧化铝、氢氧化镁为主，是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂。主要特点：无毒、无腐蚀、稳定性好，不产生有毒气体、抑烟等。

1）氢氧化铝

氢氧化铝，简称ATH，具有阻燃、抑烟和填充功能，无毒，价格低廉，是无机阻燃剂中最主要的一种。ATH在250℃左右开始脱水吸热，并在材料表面生成氧化铝，抑制材料燃烧。可用于弹性体、热固性树脂及热塑性塑料等。

2）氢氧化镁

氢氧化镁是目前发展较快的一类添加型阻燃剂，低烟无毒，能中和燃烧过程中的酸性、腐蚀性气体。氢氧化镁分解温度比ATH高，为350~400℃，适用于加工温度较高的工程塑料。但由于氢氧化镁会催化树脂分解，因此一般不能用于热塑性聚酯树脂。

由于无机氢氧化物的阻燃效率低，一般添加量较高达50%~70%，影响了材料性能，因此需进行表面处理等提高其与材料的相容性。

4、硼酸锌

硼酸锌具有阻燃、抑烟、成炭、抑阴燃和防止熔滴生成等多种功能。价格低廉，无毒无刺激，此外不影响材料的强度、伸长率及热老化等。硼酸锌可单独使用，也可与有机卤化物、三氧化二锑协同使用，阻燃效果更好。

5、三嗪系阻燃剂

三嗪系阻燃剂主要是三聚氰胺及其衍生物，具有多重反应功能，优异的热稳定性，阻燃效果好，与聚合物相容性好等特点。

主要产品：三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸盐（MCA）、MPP、MP等。

三聚氰胺及衍生物适用于膨胀型阻燃体系中，主要用于膨胀阻燃尼龙。

6、膨胀型阻燃剂

1）磷-氮系膨胀型阻燃剂

磷-氮系阻燃剂是以磷、氮为主要成分的阻燃剂，其阻燃效果好，发烟量小，有毒气体生成量小。磷-氮系阻燃剂在受热时，形成多孔层，可隔热隔氧，释放的水蒸气和氨气可发泡炭层，有利于阻燃。目前应用最广泛的磷-氮系膨胀型阻燃剂是三聚氰胺、APP、PER系统。

2）可膨胀石墨

可膨胀石墨是由天然石墨经浓硫酸酸化处理，然后水洗、过滤、干燥后在900~1000℃下膨化制得。可膨化石墨的体积随着温度升高膨胀数百倍，在高聚物表面形成炭层，隔离热源，膨胀过程中大量吸热，并释放夹层中酸根离子，促进脱水碳化，结合燃烧产生的自由基，抑制链反应。可与磷化合物、金属氧化物复合使用，产生协同作用，加入很少量即可达到阻燃目的。

日益严格的防火安全标准以及塑料应用的快速增长，使阻燃剂的市场呈增长趋势。然而我国强制性阻燃标准较少，阻燃技术相对落后，目前仍以溴系阻燃剂为主。受国外禁止或限制部分溴系阻燃剂使用的影响，国内无卤、高效、低毒、低烟的阻燃剂发展迅速，交联、超细化、微胶囊化、表面改性、复配协同等阻燃剂新技术成为研究热点。