磷系阻燃剂的现状与发展前景

磷系阻燃剂的现状与发展前景

余乾虎

浙江万盛股份有限公司，浙江 台州 317000

摘要：伴随着时间的推移和时代的不断改革创新，广大人民群众的基本生活水平得到了比较大的提升。目前来看，大部分的创新材料在社会各个领域中进行运用，这些材料往往具备传统材料所不具备的优势特点，而在具有这些优势特点的同时，不同创新材料的应用会带来一定的消防安全隐患，在这种情况下，就需要用到不同类型的阻燃剂。一开始，在阻燃剂市场当中，卤系阻燃剂占据主导，但伴随着时间的推移，卤系阻燃剂已经逐渐难以满足需求，因为其在使用的过程中会产生相对严重的污染现象和问题，而我们长期坚持的是可持续发展和绿色环保基础原则，其中磷系阻燃剂能够满足基本需求，近年以来磷系阻燃剂在市场中开始崭露头角，并且在一定程度上解决了传统卤系阻燃剂的问题和不足。因此，在本文中就将针对磷系阻燃剂的现状和发展前景进行系统研究和分析工作，试图阐明磷系阻燃剂的优势和价值以及其发展前景。

关键词：磷系阻燃剂；行业现状；发展趋势；发展前景；研究分析

中图分类号：TQ314.248

事实上，阻燃剂已经成为现代社会建设和发展过程中的“必需品”，在阻燃剂的帮助之下，可以更好地提升整个社会的消防安全等级，对于广大人民群众的日常生产生活和人身财产安全等到方面都具有重要意义和价值。其中，磷系阻燃剂的应用范围逐渐得到了比较大的提升，其主要原因在于磷系阻燃剂具有低烟、无毒、无卤等到优势和特点，其中应用最为广泛的是磷酸酯阻燃剂，另外有机次磷酸金属盐作为一种新兴的阻燃剂，在实际应用过程中也取得了很好的作用和效果，并且备受关注，从中得以一窥磷系阻燃剂的重要发展前景。所以，在接下来的文章中就将针对磷系阻燃剂的现状与发展前景进行详尽阐述，除此之外还会在文章中提出具有针对性和建设性的意见，望对磷系阻燃剂产业整体的发展起到一定的预估作用。

1 磷系阻燃剂的优点分析

在当代社会建设和发展过程中，阻燃剂已经是不可或缺的一个重要组成部分，在提升消防安全等级等等方面均具有重要的、不可代替的作用。一开始，卤系阻燃剂的应用相对常见，其在应用过程中虽然能够取得理想的效果和作用，但卤系阻燃剂具有毒性等等问题，环保方面也很难满足需求。在这种情况下，磷系阻燃剂出现在市场当中，在长期应用过程中，磷系阻燃剂的优势和价值已经得到了很好的印证，具体包含阻燃性能好、低烟、低毒、用量少、效率高、适用面广等等方面的重要优势，可以很好地满足消防等等方面的需求[1]。磷系阻燃剂具有两种类型，分别是反应型和添加型两类。

首先，有机磷阻燃剂多数情况下，是在遇到燃烧环境的情况下发挥出对应的作用和价值。在热量比较高的燃烧环境当中，有机磷阻燃剂会逐渐地燃烧分解，催生聚合物进行脱水，后续逐渐凝固形成碳层，这一碳层本身并不具备可燃性，因此在对应的燃烧环境当中就可以有效形成阻燃效果和作用，这一点是毋庸置疑的。

其次，有机磷系阻燃剂在燃烧的过程中，自身也会发生对应的化学反应。并且多数情况下，其燃烧会与氧气和水形成磷酸，反应到这一阶段并不会结束，其中磷酸再进行聚合反应，后续就会形成多聚磷酸和聚偏磷酸，其中多聚磷酸和聚偏磷酸由于具备较强的附着作用，因此可以附着在高分子材料的炭层表面，碳层自身具有一定的阻燃作用，以上两种有机物同样亦是如此，由此就可以起到阻燃作用和效果。包含隔绝氧气、可燃物的重要作用和效果，也就是阻燃作用和效果。

再次，有机磷系阻燃剂受热分解产生PO·的自由基，聚合物在燃烧的过程中会分解成形成少量氢自由基( H·) 和羟基自由基(HO·)，磷系阻燃剂分解产生的PO·自由基可捕获H·和HO·形成HPO，从而就可以有效阻止或者是延缓燃烧反应链的进行，阻燃效果比较明显[2]。

最后，阻燃剂之所以具备很好的效果和作用，主要是因为其在高温环境下，就已经开始发挥出对应的阻燃作用，也就是组织燃烧。其中，阻燃剂处于高温状态下会出现分解现象，可以分解产生P、PO、HPO 等气体，这些气体的可燃性非常之低，后续就可以降低可燃气体的浓度，阻燃效果就可以达成了。

2 磷系阻燃剂的类型和发展现状

磷系阻燃剂指的是一大类的阻燃剂，并且伴随着相关化学研究技术水平的提升，磷系阻燃剂也具有了更多的类型，并且不同类型的磷系阻燃剂具有不同的适用范围和领域。简而言之，就是细化程度的不断提升，这也是阻燃剂市场的一个必然发展趋势，具体来看，磷系阻燃剂的类型和发展现状如以下所示：

（1）磷酸酯阻燃剂

综合来看，膦酸酯类的阻燃剂多数都属于添加型的阻燃剂，具有阻燃和增速的双重功能性[3]，目前市场当中最常见的磷系阻燃剂主要就是三苯基磷酸酯(TPP) 、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)和双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)，三者具体的化学结构图如以下所示：

图1  三苯基磷酸酯(TPP)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)和双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)化学结构图

以上三者的三苯基膦酸酯在高温下具有易挥发的性质，因此只可以在气相当中发挥出对应的阻燃作用和效果，而间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)和双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)则不同，其可以同时在气相和固相当中发挥出阻燃作用和效果。经过大量的应用和试验来看，当阻燃剂添加量为10%(wt)时，1.6mm厚度PC样条UL-94测试均可达V-0阻燃级别，也就是良好的阻燃效果和作用。其中，膦酸酯类阻燃剂的耐水解性能比较差，因此，现阶段的膦酸酯类的阻燃剂经常在不接触水的领域中进行运用，并且能够取得比较好的效果和作用，这也是膦酸酯类阻燃剂的主要缺陷了。目前的磷酸酯阻燃剂领域的研究主要集中在含氮膦酸酯阻燃剂和反应型膦酸酯阻燃剂两种，其中磷酸酯分子稳定性比较好，因此在当前的阻燃剂市场中的应用比较常见，在阻燃领域具有不错的应用和发展前景[4]。

（2）磷杂菲类阻燃剂

磷杂菲类阻燃剂在磷系阻燃剂的类型当中是非常重要的一个组成部分，其具体结构式如以下所示：

图2  磷杂菲类阻燃剂分析结构式

磷杂菲类阻燃剂分子的稳定性比较好、耐水解性能也比较好，算是解决了膦酸酯类阻燃剂应用过程中的一个痛点。同时，磷杂菲类阻燃剂还具有无卤、无毒和阻燃持久等诸多优点，具有相对不错的应用前景。并且与膦酸酯类阻燃剂相比较，其对于基体树脂的耐热性、力学性能负面影响比较小，因此，近年以来，磷杂菲类阻燃剂的应用范围变得越来越广泛、越来越频繁，是目前有机材料阻燃剂领域中的研究热点。一般认为，磷杂菲类阻燃剂表现出气相阻燃剂之，在燃烧的高温条件之下，磷杂菲类阻燃剂会释放出含磷的自由基和苯氧自由基，从而淬灭气相中的燃烧链反应[5]，进而得到理想的阻燃效果。具有含磷骨架的DOPO分子是良好的阻燃剂合成中间体，通过对DOPO进行结构修饰能够合成阻燃效果优异的新型阻燃分子，在阻燃领域具有广阔的应用前景。从中不难看出，磷杂菲类阻燃剂的出现，很好地弥补了膦酸酯类阻燃剂应用过程中存在的不足情况和问题。

（3）磷腈类阻燃剂

磷腈类阻燃剂中的磷腈分子富含大量的磷元素和氮元素，二者本身就具有很好的协同阻燃作用和效果，因此，磷腈类阻燃剂的阻燃效果之上是非常不错。磷腈分子一般可以分为环状磷腈和线性磷腈两大类，二者的阻燃效果都比较好。在磷腈类阻燃剂应用过程中，其阻燃机制是气相与凝聚相阻燃同时存在，因此具有很好的阻燃效果，除此之外，磷腈类阻燃剂在燃烧过程中产生磷氧自由基和难燃性气体(如PO·和NH3)，可以终止自由基链反应并稀释可燃性气体浓度，减缓有机材料的进一步燃烧，表现出气相阻燃作用[6]。

其中，在一些精密性要求、阻燃性要求比较高的领域，磷腈类阻燃剂能够发挥出很好的作用和效果，需要保持高度重视。例如，PC材料的阻燃要求比较高，可以进行磷腈类阻燃剂的应用，但同时还需要意识到，磷腈类阻燃剂的生产成本其实是比较高的，在对其应用过程中需要意识到这一点，避免成本控制上出现相关的问题。

（4）无机磷阻燃剂

综合来看，在PC阻燃方面中的阻燃剂应用，无机磷阻燃剂的应用并不常见。因为无极磷阻燃剂的阻燃效率其实并不高，并且在应用的过程中，还需要依据实际情况添加40%～60%(wt)的阻燃剂才能使PC阻燃产品的UL-94垂直燃烧测试达到V-0阻燃等级。然而，在加大添加量的过程中，其对于材料自然的机械性能影响是比较大的，对于材料的强度、弹性模量、相容性和稳定性等等方面都会产生比较大的影响。但是无机磷阻燃剂的一些阻燃特性是PC材料阻燃所需要的，因此在具体的PC材料应用无机磷阻燃剂改善阻燃性的过程中，需要注重添加剂的改性，从而提升产品的热稳定性[7]。

3 磷系阻燃剂的发展前景概述

在国内整体的阻燃剂市场当中，磷系阻燃剂是非常重要的一个组成部分，同时近年以来，伴随着磷系阻燃剂市场自身的发展，其在应用过程中取得了很好的效果，社会各界对于磷系阻燃剂的重视程度也变得更高。并且磷系阻燃剂的资源丰富、成本低，应用也更加丰富和广泛，是一种具有很好前景的阻燃剂品种，并且近年以来已经凸显出自身的优势和价值。其中，磷氮膨胀阻燃剂和聚合物阻燃剂在实际应用过程中取得了很好的效果，是一种具备很好前途的阻燃剂[8]。

但同时还需要意识到，伴随着磷系阻燃剂行业自身的快速发展，其对于相关的从业人员综合素养提出了崭新且更高的要求，这一点是时代创新发展下的一个必然结果。因此，在后续的磷系阻燃剂产业的发展过程中，不仅需要注重现实层面的应用，同时还需要高度重视相关专业人才资源培养，这样才能达到良好的协同效果，促进磷系阻燃剂朝向一个更好的方向进行发展，这也是阻燃剂市场整体的一个必要策略[9]。

4 结论

追本溯源来看，阻燃剂的使用历史最早可以追溯到1820年，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。综上所述，不难发现，与传统的卤系阻燃剂相较，磷系阻燃剂具有更好的效果和作用，在国内社会建设和发展过程中扮演着重要角色、发挥着至关重要的作用，这一点毋庸置疑。同时还需要意识到，磷系阻燃剂行业不断发展的状态下，对于行业、对于相关技术人员的要求都会变得更高，在这种情况下，就需要注重磷系阻燃剂行业整体的发展，这对于国内的消防安全、高分子材料应用等等方面都是极为重要的，需要保持高度重视。

参考文献

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[2]刘晓双.磷系阻燃剂的应用及研究进展[J].山东化工,2022,51(13):83-84+88.

[3]徐书榕. 磷系阻燃剂对热塑性聚氨酯复合材料阻燃、抑烟和力学性能的影响[D].北京化工大学,2022.D

[4]高雪雨,闫莉.磷系阻燃剂阻燃聚乳酸及其增韧改性研究进展[J].工程塑料应用,2021,49(12):162-166.

[5]高振昊,任向征,苗志伟.磷系阻燃剂阻燃聚碳酸酯研究进展[J].化学通报,2021,84(11):1191-1199+1190.

[6]李雪梅,卢晓敏,蒋运才,曹昌蝶,梅毅,廉培超.磷系阻燃电池材料的研究进展[J].磷肥与复肥,2021,36(10):38-42.

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[8]胡肖,颜龙,黄傲,赵敏,王学宝,孙均利,王霁.磷系阻燃剂在透明防火涂料中的应用研究进展[J].消防科学与技术,2021,40(07):1061-1064.

[9]吕佳帅男. 磷系阻燃剂复配埃洛石纳米管对环氧树脂性能影响[D].天津科技大学,2021.