前言：由于世界范圍內阻燃防災呼聲的日益高漲以及環境保護領域立法的建立和日趨發展，直接促進了阻燃劑的研究開發和生產應用[1]。傳統阻燃材料，廣泛采用含鹵聚合物或含鹵阻燃劑組合而成的阻燃混合物。但是一旦發生火災，由于熱分解和燃燒，會產生大量的煙霧和有毒的腐蝕性氣體，從而妨礙救火和人員疏散、腐蝕儀器和設備。特別是人們發現火災中的死亡事故有80%以上是材料產生的濃煙和有毒氣體造成的[2]，因而除了阻燃效率外，低煙低毒也是阻燃劑必不可少的指標，是阻燃劑研究領域內最活躍的研究課題之一。
一 阻燃劑的分類
一般阻燃劑按其化學成分可以分為有機阻燃劑和無機阻燃劑兩大類。
有機阻燃劑分為磷系和鹵系兩個系列。前者在室溫下多為液態，發煙量大，有毒性，要求被阻燃結構中含有大量H、O元素才能脫水形成碳化層，因而其應用受到很大限制。鹵系阻燃劑主要包括氯和溴兩大類。從使用情況看，含溴阻燃劑使用更加普遍。這主要是由于溴化物熱分解后腐蝕性和毒性相對較小，而且較少量使用即可達到與氯化物相同的阻燃效果。然而，從總的使用情況來看，鹵系阻燃劑由于其分解產物毒性大、煙霧大等特點，正逐步被其他無機阻燃劑所代替[3]。
無機阻燃劑主要品種有氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷、氧化銻、氧化鉬、鉬酸氨、硼酸鋅、氧化鋅、氧化鋯、氫氧化鋯等，其中以氫氧化鋁、氫氧化鎂、紅磷、氧化銻應用最為廣泛，尤其是氫氧化鋁、氫氧化鎂不僅可以起到阻燃作用，而且可以起到填充作用。它們具有熱穩定好、高效、抑煙、阻滴、填充安全、對環境基本無污染等特點，在無鹵阻燃材料中得到廣泛的應用。
二 環保型無機阻燃劑的阻燃機理[4]
綠色環保型無機阻燃劑的阻燃機理主要表現為物理作用，即：
（1）分解后產生較重的不燃氣體或高沸點液體覆蓋于高聚物表面，隔絕氧和可燃物的擴張；
（2）產生的不可燃氣體沖淡了燃燒時可燃氣體的濃度和氧的濃度；
（3）氫氧化鎂的分解和升華能夠降低聚化物表面溫度，是指難燃或減緩燃燒過程；
（4）它能捕捉反應中產生的自由基，降低反應活性，切斷氧化物連鎖反應。
三 環保型無機阻燃劑的應用現狀
近年來，隨著重大火災次數的增多以及塑料焚燒造成的二次污染等問題的出現[5]，使得有機阻燃劑的應用受到了限制。而無毒、高效、抑煙的無機系列阻燃劑，特別是氫氧化鋁和氫氧化鎂完全符合當今阻燃劑向環保型發展的大趨勢，它們的市場越來越廣闊。發達國家和地區以及中國阻燃劑產品結構如表1所示。
表1發達國家和地區以及中國阻燃劑產品結構一覽表[6]
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美國 |
西歐 |
日本 |
中國 |
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氯系阻燃劑 |
10% |
12% |
5% |
84% |
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溴系阻燃劑 |
16% |
22% |
21% |
4% |
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磷及鹵化磷系阻燃劑 |
14% |
16% |
10% |
4% |
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無機阻燃劑 |
60% |
50% |
64% |
8% |
總體上看，發達國家阻燃劑消費量大，發展快，其中無機阻燃劑占很大比重，且所占份額有上升的趨勢。我國阻燃劑工業發展極不平衡，氯系阻燃劑所占比例較重，為各阻燃劑之首，其中氯化石蠟占壟斷地位。但氯系阻燃劑作用時釋放出有毒氣體，這與現代生活所追求的無毒高效存在很大距離。因此為了順應世界阻燃劑低煙霧、低毒性和無公害的發展趨勢，我國應不斷加快無機阻燃劑的開發應用，其中尤以氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃劑的開發、生產和應用勢在必行。
四 環保型無機阻燃劑的表面改性
4.1表面改性原理
表面改性是指用物理、化學方法對粒子表面進行處理，有目的地改變粒子表面的物理化學性質，如表面原子層結構和官能團、表面疏水性、電性、化學吸附和反應特性等。無機阻燃劑具有較強的極性及親水性，同非極性聚合物材料間相容性差，界面難以形成良好的結合和粘結[7]。為了改善無機阻燃劑與聚合物間的粘結力和界面親和性，采用偶聯劑對其表面進行表面處理是最為行之有效的方法之一。
表面改性處理即通過各種表面改性劑與顆粒表面化學反應和表面覆處理改變顆粒的表面狀態，提高表面活性，從而改善或改變粉體的分散性、和高分子材料的相容性等[8]。目前國內用得較多表面改性劑是硬脂酸鈉或油酸鈉。繼續開發高效的增效劑用以減少阻燃劑的用量，從而降低阻燃劑的成本，是今后開發無鹵阻燃技術的重點和提高阻燃性能的關鍵。
4.2表面改性方法
用陰離子、陽離子以及非離子型表面活性劑如高級脂肪酸、酯類、醇類、酰氨類對其表面進行改性，以提高氫氧化鋁和樹脂之間的親和力，改善制品的性能、增加阻燃性、改善加工性能，使之同高分子材料間的相容性更好，并且進一步增強橡膠、塑料等制品的抗沖擊強度。
表面改性方法有：偶聯劑、接枝、膠囊化聚合、相容劑等幾條路線。對無機粒子而言，常常采用加強兩相間物理、化學作用，如范德華氫鍵、化學鍵、離子鍵等。
（1）沉積法反應改性[9]
利用有機或無機物在粒子表面沉積一層包覆層，以改變其表面性質。
（2）外膜層法改性[10]（膠囊式）
在粒子表面包L一層其它物質膜，使粒子表面特性發生改變，與（1）不同的是這層膜是均勻的。
（3）機械化學法改性
在物理粉碎過程中，利用機械應力作用有目的地對粒子表面進行激活，以改變其表面晶體結構和物理化學結構。在新生表面產生游離基或離子，提高了親油疏水性．可引發苯乙烯等烯烴聚合．形成接枝填料。
（4）表面化學法改性[11]
采用化學手段．如利用有機官能團等粒子表面進行化學吸附或化學反應．從而使表面活性劑覆蓋于粒子表面。常用的表面改性劑有：硅烷、鈦酸酯等偶聯劑，硬脂酸、有機硅等電荷轉移絡合體。
（5）高能量法表面改性[12]
利用電暈放電、紫外線、等離子體放射線對粒子表面進行改性。
（6）偶聯劑表面處理
用偶聯劑對氫氧化鋁和氫氧化鎂進行表面改性是利用偶聯劑分子的基團可以與氫氧化鋁和氫氧化鎂的表面發生反應，形成化學鍵合，而偶聯劑分子的另一端可以與有機高分子發生某種化學反應或機械纏繞，從而把兩種性質差異較大的材料緊密結合起來，即借助偶聯劑在氫氧化鋁和氫氧化鎂表面形成分子橋，把兩種性質懸殊的材料連接在一起，從而使之與有機高分子材料相容性得以提高。偶聯劑一般可采用硅烷或鈦酸酯類。經硅烷處理后的氫氧化鋁，能極有效的提高聚酯的彎曲強度和環氧樹脂的拉伸強度。鈦酸酯偶聯劑是美國Kenrich石油化學公司于70年代中期開發的偶聯劑，對許多干燥粉體有良好的填充效果、對聚烯烴之類的熱塑性塑料特別適用。
表面改性的處理方法有兩種，分為干法和濕法[13]。偶聯劑大多耐水性差，只能在惰性有機溶劑中溶解稀釋使用，一般采用干法。將偶聯劑用適量的惰性溶劑稀釋后，噴淋于氫氧化鎂、氫氧化鋁粉末上，在低速捏合機中攪拌混合進行改性處理。濕法表面處理是直接把表面處理劑或分散劑加入無機阻燃劑懸浮液中，進行表面處理。
氫氧化鎂和氫氧化鋁是重要的無機阻燃劑，廣泛應用于橡膠、塑料、纖維等高聚物中。無機阻燃劑和高聚物在物理形態和化學結構上極不相同，兩者結合性差，如果直接填充，會造成分散不均，而且粒徑較大者還會成為復合材料中的應力集中點,成為材料的薄弱環節。這些不僅限制了填充劑在聚合物中的添加量，而且還嚴重影響了制品的性能。為了改善它們的性能需對其進行表面處理，目前集中在有機改性，大體可以分為兩類：表面活性劑處理、偶聯劑處理。
六、環保型無機阻燃劑的應用前景
低煙、低鹵或無鹵阻燃劑是阻燃劑發展的主流。當今世界環保要求越來越高，對環境友好的環保型阻燃劑受到各國重視，有關研究、合作開發、生產活動十分活躍，發達國家紛紛投入巨資進行研究開發，國際合作頻頻開展，除通用品種外，各種專用、復配型新產品層出不窮，應用領域不斷開拓。我國應加強對環保型阻燃劑的應用研究，促進我國阻燃劑的生產與發展，滿足我國飛速發展的塑料工業的需求，同時加快我國阻燃劑工業產品結構調整。阻燃劑及阻燃材料在工業生產和人們生活中的重要性不容置疑，其發展趨勢和應用領域格外引人關注。
世界阻燃劑的發展方向[14]：
(1) 非鹵化。主要是以無機阻燃劑代替現在大量使用的有機阻燃劑。
(2) 阻燃劑超細化。阻燃劑顆粒越細，對所添加材料的物理性能的影響將越小，甚至可以起到增強的效果。
(3) 阻燃劑表面處理。用表面化學方法處理無機阻燃劑，以增加其與高分子材料的親和力。
(4) 研究阻燃劑體系的協同作用。將不同的阻燃劑進行復配，在增強阻燃效果的同時，減少阻燃劑的用量。
概括而言，阻燃劑的發展方向就是注重發展低煙霧、低毒或無毒、高效的環保型新品種，提高無機阻燃劑的生產和消費比例，開發高效復合型阻燃劑新品種。
眾所周知，大多數高分子材料是易燃物質。隨著高分子材料的廣泛使用，特別是在建筑、交通、電子電器及日用制品等方面的大量使用，火災的危險性和危害性大大增加了。由于塑料燃燒而導致火災的危害迫使世界許多國家制訂了相應的法規，對其燃燒性及其應用作了嚴格限定。因此阻燃劑的開發和應用受到了極大的重視，隨著人類環保意識的加強，綠色化學和技術帶來新的產業革命，開發新型環境友好的低煙低毒無鹵產品已成為當今科學研究領域中的一個重要課題。
無機阻燃劑具有較強的極性及親水性，同非極性聚合物材料間相容性差，界面難以形成良好的結合和粘結。為了改善氫氧化鎂與聚合物間的粘結力和界面親合性，制備納米氫氧化鎂阻燃劑并對其進行表面改性處理是最為行之有效的方法之一。
無機阻燃劑顆粒納米化，添加于聚合物體系中，形成無機/有機納米復合材料，從而提高其阻燃性能；對其進行表面改性，可以減少對聚合物的機械力學性能的影響。課題順應了世界阻燃劑市場的發展潮流，必將對我國阻燃劑的生產及應用產生積極地影響。
