阻燃涂料能夠起到阻燃作用主要是由于涂料中阻燃劑的作用，近些年來人們一直致力于開發(fā)不同種類的新型阻燃劑應(yīng)用于涂料中，從而制備出效果理想的阻燃涂料。

01

鹵素阻燃劑

傳統(tǒng)應(yīng)用于阻燃涂料的鹵素阻燃劑主要有含氯、含溴的阻燃劑及衍生物。這種阻燃劑的優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，容易加工。傳統(tǒng)的鹵系阻燃劑主要有十溴二苯醚、氯化石蠟、溴代聚苯乙烯、四溴雙酚A、四溴醚、六溴環(huán)十二烷、八溴醚等阻燃劑。

鹵系阻燃劑的阻燃機(jī)理主要是當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，生成鹵素自由基，產(chǎn)生HX，然后與材料燃燒釋放出的大量HO·自由基相結(jié)合，釋放出H₂O和X·。X·在與材料中RH·反應(yīng)，如此循環(huán)，從而阻止燃燒的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行，達(dá)到阻止燃燒的目的。

02

磷氮阻燃劑

磷系阻燃劑和氮系阻燃劑是目前應(yīng)用比較多的環(huán)保阻燃劑，其中磷系阻燃劑能夠在燃燒過程中生成比較穩(wěn)定的炭層從而阻止熱量的傳遞，進(jìn)而起到阻燃的效果。主要的磷系阻燃劑有聚磷酸銨、磷酸酯類阻燃劑、有機(jī)磷酸鹽、聚合物磷酸酯類等阻燃劑。

氮系阻燃劑屬于一種氣相阻燃機(jī)理的阻燃劑，反應(yīng)過程中釋放出NO，NO₂等難燃?xì)怏w，從而稀釋氧氣濃度,進(jìn)而達(dá)到阻燃的效果。傳統(tǒng)的氮系阻燃劑主要有三聚氰胺、三聚氰胺尿酸鹽、三聚氰胺鹽等物質(zhì)。近些年來,人們發(fā)現(xiàn)單一一種阻燃機(jī)理的阻燃劑很難滿足材料的阻燃要求,磷氮復(fù)合阻燃劑在高分子阻燃領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛。

研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)學(xué)者利用環(huán)氧樹脂、三乙烯四胺為原料合成—種環(huán)氧固化劑，再用六氯環(huán)三磷腈和羅丹明酰反應(yīng)合成了一種環(huán)三磷腈阻燃劑，將阻燃劑加入到環(huán)氧樹脂涂料中制備出阻燃環(huán)氧樹脂涂料。

研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)磷腈阻燃劑添加量達(dá)到10%時(shí)的阻燃效果最佳，氧指數(shù)為28%，垂直燃燒等級(jí)到達(dá)UL 94V-0級(jí)，同時(shí)具有較好的力學(xué)性能。

此外，中南林業(yè)科技大學(xué)王張恒等用水性丙烯酸乳液制備水性丙烯酸阻燃涂料，用于木材阻燃，用聚磷酸銨(APE)和漂珠協(xié)效阻燃。

當(dāng)APP 加入漂珠后，阻燃涂料的氧指數(shù)顯著增加達(dá)到28.7%。相比于未加入漂珠的阻燃涂料，阻燃效果明顯。制備的水性丙烯酸阻燃涂料的熱釋放和煙釋放明顯降低，可以促進(jìn)木材成炭，是一種較好的應(yīng)用于木器材料的水性阻燃涂料。

03

膨脹阻燃劑

膨脹阻燃劑是一種集酸源、炭源、氣源于一體的阻燃劑，燃燒過程中迅速膨脹，從而達(dá)到隔絕氧氣和阻止熱量傳遞的作用，進(jìn)而達(dá)到阻燃的目的。膨脹阻燃劑是一種比較穩(wěn)定的阻燃劑，具有多種阻燃機(jī)理。近些年來在阻燃涂料中應(yīng)用較多，膨脹阻燃涂料約占阻燃涂料的10%左右。

研究進(jìn)展

翼亞雄等，用多磷酸(PPA)，季戊四醇磷酸酯(PEPA)，1,4-丁二醇二縮水甘油醚(BDE)和雙酚A環(huán)氧樹脂E51(EP)制備了一系列新型環(huán)氧/PEPA磷酸酯(EPP)阻燃劑。然后將EPPs加入到氨基樹脂中制備出膨脹型透明防火涂料。

對(duì)膨脹型防護(hù)涂料的阻燃性能進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)其具有較好的阻燃效果。

此外，以苯基膦酸﹑新戊二醇(NPG）、N，N-二甲基甲酰胺制備膨脹阻燃劑加入到三聚氰胺甲醛樹脂(MF)中制備透明膨脹型阻燃涂料，將透明膨脹阻燃涂料涂覆到膠合板上，研究發(fā)現(xiàn)阻燃涂料具有較好的阻燃效果。

當(dāng)膨脹阻燃劑和聚乙二醇的添加量達(dá)到40%和5%時(shí)，氧指數(shù)達(dá)到27.4%。透明膨脹阻燃涂料具有較好的膨脹炭層，使得燃燒時(shí)具有較好的保護(hù)基材的效果。

04

生物質(zhì)阻燃劑

生物質(zhì)資源是一種可再生資源，具有無毒無害，可再生等優(yōu)點(diǎn)。近些年來生物質(zhì)阻燃劑已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，利用可再生的生物質(zhì)資源制備出阻燃劑應(yīng)用于人們?nèi)粘Ｉ钣闷樊?dāng)中。

研究進(jìn)展

中南林業(yè)科技大學(xué)林偉等，用聚碳酸胺、季戊四醇、茶皂素三種物質(zhì)制備出阻燃劑，其中茶皂素作為氣源通過物理復(fù)配技術(shù)制備復(fù)合型茶皂素膨脹阻燃劑，然后再與醇酸樹脂清漆混合制備出膨脹型阻燃涂料。

通過研究發(fā)現(xiàn)，制備的膨脹阻燃劑具有較好的阻燃效果，其中茶皂素起到了至關(guān)重要的作用。加入阻燃劑后膨脹阻燃劑具有較好的熱穩(wěn)定性和較高的成炭率。當(dāng)阻燃劑添加量達(dá)到涂料固含量的50%時(shí)，涂料的氧指數(shù)為34.2%，耐火時(shí)間為11.1min，且質(zhì)量損失最小。

05

石墨烯阻燃劑

石墨烯是由碳原子構(gòu)成具有片狀結(jié)構(gòu)的一種新興材料，石墨烯能夠提高涂料的防腐性能，加強(qiáng)材料的防水滲透性能，同時(shí)具有較好的致密物理隔絕層，所以石墨烯可以提高材料的阻燃性能。

石墨烯可以與樹脂進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，形成保護(hù)膜，這樣在燃燒時(shí)可以起到隔絕熱量和氧氣的作用。在燃燒時(shí)可以生成H₂O和CO₂，另外石墨烯還可以起到增強(qiáng)炭層的作用，這樣可以進(jìn)一步起到阻止燃燒反應(yīng)進(jìn)行的作用。

研究進(jìn)展

北京工商大學(xué)的李琳珊等，將可膨脹石墨（EG）與氧化處理的氧化石墨與APP/氫氧化鎂和APP/氫氧化鋁[Al(OH)3]復(fù)配，通過澆筑固化，制備出聚氨酯阻燃涂料。

研究發(fā)現(xiàn)氧化石墨復(fù)配的復(fù)合阻燃聚氨酯涂料具有較好的阻燃效果：氧指數(shù)有所提高，熱釋放速率降低。復(fù)合阻燃劑具有凝聚相和氣相阻燃機(jī)理。

06

其他阻燃劑

近些年來很多研究人員將復(fù)合阻燃劑應(yīng)用于涂料中，例如有機(jī)硅類阻燃劑、有機(jī)改性蒙脫土阻燃劑、無機(jī)阻燃劑氫氧化鋁和氫氧化鎂等。通過復(fù)合使用，阻燃涂料具有較好的阻燃效果。

研究進(jìn)展

銀川市消防支隊(duì)的蔣浩等[21通過用有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂,制備阻燃環(huán)氧樹脂涂料,當(dāng)固化劑為10%,有機(jī)硅含量為6%,反應(yīng)溫度85℃,反應(yīng)時(shí)間為25min時(shí),阻燃環(huán)氧樹脂涂料的阻燃效果最好。環(huán)氧樹脂與有機(jī)硅形成接枝共聚物。制備的有機(jī)硅改性阻燃環(huán)氧樹脂涂料具有較好的熱穩(wěn)定性,較好的阻燃效果以及較強(qiáng)的附著力等優(yōu)點(diǎn)。

銀川市消防支隊(duì)的蔣浩等，通過用有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂，制備阻燃環(huán)氧樹脂涂料，當(dāng)固化劑為10%，有機(jī)硅含量為6%，反應(yīng)溫度85℃，反應(yīng)時(shí)間為25min時(shí)，阻燃環(huán)氧樹脂涂料的阻燃效果最好。

環(huán)氧樹脂與有機(jī)硅形成接枝共聚物：制備的有機(jī)硅改性阻燃環(huán)氧樹脂涂料具有較好的熱穩(wěn)定性，較好的阻燃效果以及較強(qiáng)的附著力等優(yōu)點(diǎn)。

此外，用4,4'-二羥甲基- 1,4-庚二炔功能單體作為擴(kuò)鏈劑制備了端炔基功能化聚氨酯，然后再與疊氮基改性的納米蒙脫土、氫氧化鋁和氫氧化鎂通過Click 反應(yīng)制備了水性聚氨酯阻燃納米復(fù)合材料。

通過研究發(fā)現(xiàn)制備的阻燃水性聚氨酯具有較好的阻燃效果，氧指數(shù)相比于純的WPU提高了7%。點(diǎn)燃時(shí)間也有所延長(zhǎng)，制備的復(fù)合阻燃劑對(duì)水性聚氨酯阻燃涂料起到了很好的阻燃作用。

*素材來源：《阻燃涂料中阻燃劑的研究進(jìn)展》

王文博，張廣鑫,梁西良，王旭，李勝