硼系阻燃剂发展及现状.pdf

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1、硼系阻燃剂的发展及现状12*223佟芍朋,钱立军,韩鑫磊,叶龙健,包祥俊（1北京理工大学材料科学与工程学院北京100081；2北京工商大学材料科学与工程系北京1000483东莞柏百顺石油化工有限公司广东东莞523618）摘要：综述了硼系阻燃剂的历史发展，分析了国内外研制、生产状况，并对其前景进行了展望，并且对硼系阻燃剂的机理进行了分析。关键词：硼；硼系阻燃剂；阻燃机理DEVELOPMENTANDCURRENTSITUATIONOFBORON-CONTAININGFLAMERETARDANTSAbstract:Historicdevelopmentofboron-containingfl

2、ameretardantsisreviewed.Currentsituationofstudiesandmanufacturesisanalysed.Futureoftheseflameretardantsisforcasted.Anditsmechanismisalsostudied.Keywords:boron;boron-containingcompound;flameretardantmechanism阻燃剂种类繁多，其化学结构及使用方法也各有不同。最常使用的阻燃剂的阻燃元素主要是以元素周期表中第Ⅲ主族的硼和铝；第Ⅴ主族的氮、磷、锑等；第Ⅵ主族中的硫；第Ⅶ主族的氟、氯、溴等为基

3、础的化合物。此外，锌、钡、镁、钛、锡、铁、锆、钼等金属化合物也可作为阻燃剂。但在实际应用中，阻燃剂主要是以卤素和磷为中心阻燃元素的化合物。含卤阻燃剂尽管阻燃效果较好，但由于在使用和燃烧过程中的二次污染问题，而逐渐被无卤阻燃剂所替代。近年来随着新的环保要求和法规的不断提出，硼系阻燃剂以其[1]优良的阻燃、低毒和抑烟特性正越来越多地引起人们的注意。1无机硼化物阻燃剂1.1发展概况远在1735年，英国的Obavcasghac就获得了专利，他用硼砂、明矾、硫酸铁等的水溶31液作为纺织品阻燃整理剂，这种阻燃方法能大幅度降低织物的着火性能和燃烧性。由此可见，无机硼酸及硼酸盐是两种最古老的阻燃剂，它

4、们主要应用于纤维素纤维，如棉和纸张的阻燃。由于水洗牢度的问题，它们在织物上的应用受到一定的限制，但据报道，若将无[2]机硼阻燃剂与树脂混合组成阻燃整理体系，将提高其耐久性。目前使用的无机硼阻燃硼酸锌产品，它最早由美国硼砂和化学品公司开发成功，商品名为FireBrakeZB，因此简称FB阻燃剂，硼酸锌能够明显提高制品的耐火性。目前材料耐燃性已成为人们在阻燃领域关注的又一热点话题，国外许多国家制定系列耐燃规范，近年来我国也引起了重视。近年来新型阻燃剂不断涌现，同时对阻燃剂自身与使用过程中的环保问题也提出更为严格的要求。阻燃剂的无卤化、无毒化、复合化和抑烟化已成为2l世纪阻燃剂的发展趋势。硼

5、化合物是一种常用的无机阻燃剂，主要包括有五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡和硼酸锌等。在硼系阻燃剂中，最重要的是水合硼酸锌。按其结晶水分有下列品种：ZnO·B2O3·2H2O、3ZnO·2B2O3·5H2O、2ZnO·3B2O3·3.5H2O、2ZnO·3B2O3·7H2O、4ZnO·B2O3·H2O等。水合硼酸锌中最常用的品种是2ZnO·3B2O3·3.5H2O。其理化性质如下：白色结晶形粉末，熔点980℃，密度2.8，折射率1.58，不溶于水和一般的有机溶剂，可溶于氨水生成络合盐，热稳定性好，在300℃以上开始失去结晶水，粒度细，平均粒度为2-10μm，毒性LD50>10g/k

6、g（白鼠口服），没有吸入性和接触性毒性，对皮肤不产生刺激，也没有腐蚀性，[3]对眼睛也没有刺激性，为无毒、无污染的无机阻燃剂。1.2主要特点作为新型阻燃添加剂，硼酸锌具有以下优点:(1)阻燃增效，在大多数含卤环氧树脂和一些不饱和聚酯体系中，硼酸锌与氧化锑、氢氧化铝等具有协同效应，在不降低材料的阻燃等级条件下，能有效地降低材料成本、生烟量。(2)促进碳层生成，硼酸锌有助于在材料燃烧时生成多孔碳层，且此碳层能为三氧化二硼所稳定，在高聚物燃烧温度下硼酸锌还可与氢氧化铝生成类似玻璃、陶瓷的硬质多孔残渣，有利于隔热和阻止空气扩散进入材料内部。(3)防止生成熔滴，在阻燃树脂的同时，并可减少高温熔滴

7、，因而减少由于熔滴而引发的二次火灾。321.3阻燃机理其主要作用机理为：生产粘稠玻璃状物质---物理覆盖作用；凝聚相促进成炭作用；分解脱水，吸热；气相阻燃（三卤化硼）。硼阻燃剂主要在凝相中发挥阻燃作用，在气相中仅对某些化学反应和卤化物才表现出阻燃作用。主要包括以下几个方面：⑴硼酸盐熔化、封闭燃烧物表面，形成玻璃体覆盖层，起隔绝作用；⑵在燃烧温度下放出结合水，起冷却、吸热作用；⑶改变某些可燃物的热分解途径，抑制可燃性气体生成。1.3.1硼酸和硼砂