阻燃塗料配方中的添加劑 延遲或抑製點火並在暴露於火焰衝擊時降低火焰蔓延速度的物質

添加劑用於(yu) 改善可燃產(chan) 品的阻燃性能。通常，添加劑是添加到可燃材料中以延遲或抑製點火並在暴露於(yu) 火焰衝(chong) 擊時降低火焰蔓延速度的物質 [ 139 , 140 ]。已經對這些材料作為(wei) 各種聚合物添加劑的性能進行了大量研究。另一方麵，阻燃體(ti) 係中的添加劑基本上不與(yu) 周圍體(ti) 係發生化學附著；然而，正在進行額外的研究以將額外的化學基團接枝到這些材料上，使它們(men) 能夠在不失去阻燃效率的情況下整合在一起 [ 45 , 141]。因此，它使這些材料在應用時不會(hui) 排放到大氣中。此外，阻燃係統中使用的大多數添加劑都已獲得美國環境保護署 (US EPA) 的批準，因為(wei) 它們(men) 對環境的影響較小[ 142、143、144 ]。

以下是一些有前景的添加劑，可用於(yu) 配製有效的膨脹型阻燃塗料體(ti) 係。

7.1.1. 聚磷酸銨多磷酸銨 (APP) 是氨 (NH 3 ) 和多磷酸的無機鹽。這種支鏈或非支鏈聚合物的鏈長 ( n ) 會(hui) 有所不同，其中n可以大於(yu) 1000。短直鏈 APP（晶型 I (APP I)）（n = 100）對水更敏感（水解）並且對熱的敏感性更低與(yu) 較長的支鏈 APP（晶型 II (APP II)）（n > 1000）相比穩定，後者的水溶性非常低（0.1 g/100 mL）[ 137 , 145 ]。已知 APP 是非揮發性和穩定的化合物。在高於(yu) 300 °C 的溫度下，長鏈 APP 開始分解為(wei) 多磷酸和 NH 3，而短鏈 APP 在 150 °C 以上的溫度下開始分解 [ 146 , 147 ]。因此，使 APP 的結晶形式與(yu) 聚合物分解溫度相匹配是至關(guan) 重要的。

眾(zhong) 所周知，將 APP 加入含氧或含氮聚合物（聚酰胺、聚酯和聚氨酯）會(hui) 導致聚合物炭化[ 60、148、149 ]。APP 的熱脫水基本上會(hui) 產(chan) 生遊離的酸性羥基 (-OH)，它們(men) 會(hui) 縮合形成交聯的超磷酸鹽和具有高度交聯結構的多磷酸 [ 117 ]。多磷酸可與(yu) 含氧或含氮聚合物反應，從(cong) 而催化脫水反應並導致炭的形成 [ 131 , 150]。APP的效率還取決(jue) 於(yu) 其融入程度。APP在低濃度下對脂肪族聚酰胺無效；然而，在高濃度下（聚酰胺 6,6 中 >10%；聚酰胺 6、-10、-11、-12 中 >20%；聚酰胺 6 中 >30%），它變得非常有效 [ 151 ] .

7.1.2. 季戊四醇磷酸醇季戊四醇長期以來一直用作阻燃劑配方中的炭化劑 [ 152 ]。然而，其有利的低成本被其不利的高水平水溶性所抵消。對於(yu) 阻燃塗料中的有效膨脹體(ti) 係，所使用的添加劑必須是水不溶性、熱穩定和非鹵化的 [ 153 ]。因此，富磷季戊四醇（磷酸季戊四醇（PEPA））衍生物的產(chan) 生可以使一種專(zhuan) 門用於(yu) 聚丙烯的膨脹型阻燃劑獲得成功。事實上，PEPA 的碳酸酯和膦酸酯衍生物是較佳聚丙烯膨脹型阻燃劑的有希望的組分。

當 PEPA 同時用作碳源和酸源時，已發現膨脹型阻燃體(ti) 係表現出優(you) 異的成炭能力和熱穩定性[ 154、155、156 ]。例如，PEPA/三聚氰胺混合物的熱分解行為(wei) 可以達到最大的阻燃效果，並且在聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 中具有顯著的效果 [ 157]。此外，某些 PEPA 衍生物中的含硫籠狀磷酸酯在聚丙烯中也表現出驚人的阻燃性。除此之外，對苯二酚具有賦予羥基 (-OH) 的活性末端官能團的能力，可參與(yu) PEPA 衍生物的形成。對苯二酚中的苯基團可以顯著提高炭化劑的碳含量[ 158 ]。因此，碳和磷含量的增加直接降低了立體(ti) 阻礙效應，從(cong) 而提高了對火焰蔓延的抑製作用，這決(jue) 定了膨脹型阻燃塗料係統是勝任的[ 159 , 160 ]。

7.1.3. 三聚氰胺三聚氰胺（MEL）係阻燃劑在阻燃劑市場中規模雖小，但規模迅速擴大。與(yu) 傳(chuan) 統的阻燃劑相比，這些產(chan) 品有幾個(ge) 好處，包括低毒性和煙霧密度 [ 161 ]、成本效益 [ 148 ]、環境安全 [ 58 ] 和耐腐蝕性 [ 148 ]]。因此，當用作製造阻燃塗料的添加劑時，MEL 可提供出色的保護，尤其是膨脹型塗料。在該係列非鹵化 MEL 阻燃劑中可以區分三個(ge) 化學基團：(i) 完全純的 MEL，(ii) MEL 衍生物（與(yu) 有機或無機酸形成的鹽，例如磷酸、硼酸、氰尿酸、焦磷酸/多磷酸) 和 (iii) MEL 同係物（melam、melem、melon）[ 162 ]。

由於(yu) 能夠采用多種阻燃作用模式，MEL 基阻燃劑基本上表現出優(you) 異的阻燃性能和使用中的多功能性 [ 163 ]。通常，基於(yu) MEL 的阻燃劑通過幹擾啟動或維持燃燒的三種成分之一來發揮作用：熱量、燃料和氧氣 [ 148 , 164 ]。事實上，MEL 有能力在所有階段幹擾火焰過程，通過在 MEL 本身吸熱升華之前通過吸熱解離產(chan) 生散熱器來延遲點火 [ 165 ]。此外，隨後 MEL 蒸氣的分解會(hui) 產(chan) 生更大的散熱效果 [ 166 ]。

除此之外，MEL 在膨脹過程中也可以在炭層的形成中發揮重要作用。MEL 自縮合過程中形成的多環結構提高了炭的穩定性 [ 167 ]。MEL 還可以作為(wei) 炭的發泡劑，提高炭層的隔熱功能 [ 168 ]。此外，基於(yu) MEL 的阻燃劑目前主要用於(yu) 膨脹型塗料、軟質聚氨酯泡沫、聚酰胺和熱塑性聚氨酯 [ 169 ]。由於(yu) 在聚烯烴和熱塑性聚酯方向上的持續研究和應用開發工作，相信基於(yu) MEL 的阻燃劑市場在不久的將來會(hui) 擴大 [ 170 , 171 ]。

7.1.4。硼酸/硼酸鹽硼酸是一種天然存在的化合物，由氫、氧和硼組成。它可以天然存在於(yu) 幾乎所有水果和蔬菜中，以及一些堅果和穀物中，也可以從(cong) 地下開采 [ 172 , 173 ]。一般來說，硼酸是化學阻燃劑的無害替代品，已被廣泛研究並一致認為(wei) 對動物和人類均具有低毒性，並被美國環保署列為(wei) 非致癌物 [ 174 ]。

基本上，硼酸，也稱為(wei) 硼酸鹽，以多種方式作為(wei) 阻燃劑，包括防止火焰燃燒、促進炭的形成以及抑製陰燃、發光和煙霧 [ 43 , 175 ]。此外，硼酸會(hui) 釋放水來幫助滅火；除此之外，由於(yu) 硼的存在，它在纖維素表麵具有成炭價(jia) 值[ 176 ]。另一方麵，在中和酸性材料時，硼酸作為(wei) 緩衝(chong) 劑，它可以通過作為(wei) 防腐劑來保護纖維素材料中的金屬 [ 177 ]，防止火焰燃燒 [ 178 ]，並促進炭的形成 [ 179 ]]，如果與(yu) 其他阻燃劑結合使用，則具有協同作用[ 180 , 181 ]。