通用塑料的應用領域極為廣泛，涵蓋了聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）以及聚氯乙烯（PVC）等關鍵材料，它們在包裝、汽車工業、日常用品、電子電器部件、管道系統以及電線電纜等多個行業中發揮著重要作用。

 

       鑒于阻燃安全在各類環境中的重要性，高分子材料在高溫條件下極易燃燒，并伴隨大量有毒氣體的釋放，這不僅對自然環境構成了嚴重威脅，也極大地危害了人們的生命健康與生活質量。因此，解決高分子材料的阻燃安全問題成為了一個亟待攻克的關鍵議題。

 

       作為材料科學領域的專業人士，深入探索阻燃機制的奧秘，并致力于新型阻燃材料的研發與應用，不僅對于推動社會科技進步具有重要意義，更是保障國家經濟安全、改善民眾生活質量的必要之舉。

 

       一、通用塑料燃燒特點及辨識：

 

       聚丙烯（PP）材料，無論是通過丙烯單體單獨聚合形成的均聚 PP，還是丙烯與少量乙烯共聚生成的共聚 PP，均展現出高度規整的結構與顯著的結晶特性。其熔點接近 167 ℃，且密度較小，堪稱最輕盈的通用塑料之一。PP 以其卓越的表面剛性和抗彎曲疲勞性能，在家電外殼、汽車內外裝飾件以及電子電氣組件等制造領域得到了廣泛應用。

 

       關于 PP 的燃燒特性，它屬于高度易燃材料，氧指數較低，約為 17 %，這意味著它在燃燒時所需的氧氣濃度不高。燃燒過程中，PP 釋放大量熱能，火焰蔓延迅速，且其化學結構中的 CH- 組分不易轉化為炭，導致燃燒時材料會熔融并滴落。火焰外觀獨特，上端呈現黃色而下端則為藍色，幾乎不產生黑煙，并伴有一種淡淡的石油燃燒氣味。尤為值得注意的是，PP 在離開火源后仍能持續燃燒，最終留下黑色的膠狀殘留物。

 

       聚乙烯（PE）是一種由乙烯單體聚合而成的典型結晶性聚合物，其結晶度差異造就了低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）以及含有少量 α-烯烴的線性低密度聚乙烯（LLDPE）等多種類型。PE 以其卓越的耐低溫性能著稱，即便在 -70 ℃ 以下的極端低溫環境中也能保持穩定，同時展現出良好的化學穩定性和電絕緣性能，加工性能也十分優異。因此，PE 被廣泛應用于塑料包裝袋、農業地膜、中空吹塑及注塑制品等多個領域。

 

       在燃燒特性方面，PE 同樣具有高度易燃性，其氧指數大約在 17 % 左右。在高溫條件下，PE 會迅速裂解并燃燒，速度極快。與聚丙烯相似，PE 的 CH- 結構也難以形成炭層，導致燃燒過程中材料會熔融并滴落。火焰形態獨特，上端為黃色而下端則轉為藍色，且燃燒過程中幾乎不產生黑煙，散發出一種特有的石蠟燃燒氣味。值得注意的是，PE 在離開火源后仍能持續燃燒，最終留下黑色的燃燒殘渣。

 

       聚苯乙烯（PS）是一種由丁二烯與苯乙烯共聚而成的復合材料，其內部呈現出兩相共存的體系，其中聚丁二烯的含量通常介于 5 % 至 15 % 之間。相較于 ABS 材料，PS 具有成本優勢，同時展現出較高的強度、優異的剛性和良好的尺寸穩定性。這些特性使得 PS 在消費類包裝材料以及家用電器外殼等注塑部件領域得到了廣泛應用。

 

       在燃燒特性上，聚苯乙烯的熱值較高，燃燒過程十分劇烈。一旦接近火源，PS 會迅速收縮，且由于其化學結構特點，難以形成炭層。燃燒時，PS 表面會軟化并產生氣泡，火焰呈現明亮的橙黃色，并伴隨著濃厚的黑煙和炭灰飛揚，顯示出較大的煙密度。此外，燃燒過程中還會散發出苯乙烯單體的特殊氣味。即使離開火源，PS 仍能繼續燃燒，并最終留下黑色的燃燒殘渣。

 

       聚氯乙烯（PVC）是一種通過自由基聚合工藝，由氯乙烯單體精心構建而成的合成高分子材料。其分子鏈由連續的氯乙烯單元串聯而成，每個單元獨具一格，包含一個碳原子作為核心，輔以兩個氫原子和一個氯原子作為側翼。

 

       這種獨特的化學結構賦予了 PVC 一系列引人注目的物理與化學特性，使其在多個領域大放異彩。PVC 不僅展現出卓越的機械強度和化學穩定性，能夠抵御多種化學物質的侵蝕，還天然具備一定的阻燃性能，純 PVC 的氧指數高達 45 %，展現出良好的自熄傾向。然而，值得注意的是，在加工過程中，為了改善其性能，往往會添加大量的增塑劑，這一做法在一定程度上犧牲了其原有的阻燃優勢，使得可燃性有所增加。

 

       正是基于這些優勢，PVC 在建筑建材、包裝材料、電線電纜絕緣層以及人造革制造等多個行業中占據了舉足輕重的地位，成為不可或缺的材料之一。

 

       談及 PVC 的燃燒特性，其自熄性和一定的成炭能力使得燃燒過程既具挑戰性又具獨特性。燃燒時，PVC 會逐漸軟化，火焰展現出獨特的色彩變化，上端為黃色而下端轉為綠色，同時伴有黑煙的生成。此外，燃燒過程中還會釋放出具有刺激性的氯化氫氣體，但一旦離開火源，PVC 往往會自行熄滅，留下黑色的燃燒殘渣。

 

       二、通用塑料阻燃劑的應用技巧：

 

       鹵素阻燃劑，盡管面臨著環保關切和較高的煙密度挑戰，其憑借高效的阻燃性能、豐富的品種選擇以及廣泛的適用性，仍穩居全球阻燃劑市場前列，尤其是溴系阻燃劑，作為鹵素系列中的佼佼者，其高效性與重要性無可替代。

 

       溴系阻燃劑的典型代表包括十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴雙酚 A、溴代三嗪、溴化環氧樹脂及溴化苯乙烯等，這些成分在阻燃技術中扮演著至關重要的角色。

 

       而出于對環境保護的日益重視，無鹵阻燃劑正逐漸成為行業的新寵。它們涵蓋了無機阻燃劑如氫氧化鎂和氫氧化鋁，磷系阻燃劑（涵蓋紅磷、二乙基次磷酸鋁、無機次磷酸鋁及磷酸酯等多種形態），磷氮協同阻燃劑（如多聚磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸鹽）以及氮系阻燃劑（如三聚氰胺及其氰脲酸鹽等）。

 

       通過靈活應用這些單一或復合配方的阻燃劑，塑料材料能夠實現多樣化的阻燃級別與性能要求，滿足不同應用場景下的安全標準。

 

       1、聚丙烯阻燃劑的應用

 

       阻燃 PP —— UL 標準 V2 級，方案選擇如下：

 

       八溴醚（亦稱八溴硫醚）配合體系中，引入三氧化二銻作為協同阻燃劑，兩者總添加比例控制在 6 % 至 8 % 之間，能有效實現材料的離火自熄功能，盡管在燃燒過程中會有熔融滴落現象，但材料的力學性能依然保持在一個相對穩定的水平。

 

       在磷氮溴復配體系中，針對均聚 PP，其阻燃劑添加量設定在 1 % 至 2 % 之間，而對于共聚 PP，則提高到 4 % 至 6 % 的添加量。此體系同樣能實現材料的離火自熄，但需注意燃燒時伴隨的滴落現象以及脫脂棉的點燃現象。盡管如此，該體系下的材料在力學性能上幾乎與未添加阻燃劑的純 PP 保持一致，保持了良好的物理性能。

 

       阻燃 PP —— UL 標準 V0 級，方案選擇如下：

 

       溴銻協同體系（DBDPE + Sb₂O₃）在總添加量約為 25 % 時，能夠賦予材料 UL-94 V0 級別的阻燃性能。然而，這一高比例的添加量不僅推高了材料成本，還不可避免地影響了其力學性能。為了緩解這一問題，通常需要引入相容劑和增韌劑來優化材料的物理特性，或者通過添加滑石粉等填充物來尋求成本效益的平衡。

 

       對于 IFR 無鹵體系，即磷氮膨脹型阻燃體系，其添加量在 25 % 至 30 % 范圍內同樣能達到 UL-94 V0 的阻燃標準。但類似地，高添加量對材料的力學性能構成了顯著影響。因此，也需要借助增韌劑和其他輔助添加劑來增強材料的綜合性能，以滿足實際應用需求。

 

       另一方面，無機氫氧化鎂（MDH）體系作為一種傳統的無鹵阻燃方法，雖然可以通過大量添加（至少 50 – 60 %）來顯著提升 PP 的阻燃性能和氧指數，但這樣的高添加量無疑會嚴重損害材料的力學性能。為了減輕這一副作用，可以采取的策略是與其他阻燃劑進行復配使用，通過減少無機阻燃劑的用量來保持材料的力學性能在可接受范圍內。

 

 

 

       2、聚乙烯阻燃劑的應用

 

       聚乙烯阻燃劑方案選擇：

 

       紅磷（RP）阻燃解決方案：在 PE 材料的阻燃處理中，紅磷體系被公認為最為高效的阻燃劑之一。然而，出于安全性的考慮，實際應用中多采用經過改性包覆的紅磷母粒形式，其添加量大約在 15 % 時，即可使材料達到 UL-94 標準中 1.6 mm 厚度下的 V0 阻燃等級。

 

       溴銻（DBDPE/Sb₂O₃）協同阻燃體系：該體系通過大約 25 % 的總添加量，同樣能使材料滿足 UL-94 標準中 1.6 mm 厚度下的 V0 阻燃要求。為了進一步優化成本，可適量加入礦物填充物。此外，通過添加增韌劑，可以有效減輕對材料沖擊強度的負面影響，確保材料在阻燃的同時保持良好的物理強度。

 

       IFR 無鹵阻燃體系：針對 PE 體系，需注意避免使用含 APP 的阻燃配方，以免對阻燃性能產生不利影響。相反，采用磷氮復配阻燃劑，在總添加量達到 25-26 % 時，能夠實現 UL-94 標準下 1.6 mm 厚度的 V0 阻燃等級。值得注意的是，該體系通常不推薦加入礦物填充，以免對阻燃效果造成顯著影響。

 

       無機氫氧化鎂（MDH）與氫氧化鋁（ATH）阻燃體系：這兩種無機阻燃劑在大量使用（超過 60 %）時，能夠顯著提升材料的氧指數至 30 以上，并賦予其低煙密度的特性，適用于低煙無鹵的阻燃材料需求。為了進一步提升阻燃效果，還可考慮與紅磷（RP）或 IFR 體系進行復配使用。

 

 

 

       3、聚苯乙烯阻燃劑的應用

 

       阻燃劑方案選擇：

 

       溴銻體系：一般溴銻比例按 3:1，適合聚苯乙烯用的溴類阻燃劑比較多，各有不同的優點和缺點，一般都可以達到阻燃要求，因此需要根據制品的特點來選擇阻燃體系。

 

 

 

       IFR/可膨脹石墨體系：可膨脹石墨的層狀結構可形成特殊類型的插層化合物。有研究表明，可膨脹石墨與磷、氮系阻燃劑復配使用可達到較好的阻燃效果。

 

       IFR + PPO 體系：選用 IFR 和聚苯醚作為復合阻燃體系復配阻燃PS，可以有效提高 PS 的阻燃性能，PPO 有非常好的成炭性能，和 IFR 有很好的協同阻燃作用。但由于 PPO 的抗 UV 性能比較差，流動性比較低，使得應用制品有局限場合。

 

       無機氫氧化鎂阻燃體系：通過添加大量的氫氧化鎂無機阻燃劑，可以達到阻燃效果，也可以復配紅磷阻燃劑，得到更高的阻燃材料。但由于氫氧化鎂的添加量大，材料的韌性有影響，需要通過增韌和相容改性，才能得到理想的力學性能。

 

 

 

       4、聚氯乙烯阻燃劑的應用

 

       阻燃劑選擇方案：

 

       金屬氧化物作為 PVC 的協同阻燃增強劑，鑒于 PVC 材料本身富含氯元素，其阻燃性能可通過在 PVC 基體中適量添加 CPE（氯化聚乙烯）及特定金屬氧化物得到顯著提升。在眾多金屬氧化物中，針對提升材料的氧指數能力而言，錫酸鋅展現出最為優異的表現，緊隨其后的是 Sb₂O₃（三氧化二銻）、八鉬酸銨，以及硼酸鋅，它們各自在阻燃效能上呈現出不同的梯度效果。

 

       無機氫氧化鋁和氫氧化鎂體系：

 

       氫氧化鎂與氫氧化鋁作為無機阻燃添加劑，不僅能夠有效降低 PVC 材料在燃燒過程中的煙霧釋放量，還顯著增強了其阻燃性能，并允許減少其他阻燃劑的用量。這些無機礦物阻燃劑對硬質 PVC 的物理機械強度、阻燃級別以及消煙特性均產生深遠影響。

 

       實驗結果顯示，硬石膏粉作為填充增強劑，相較于傳統的重質碳酸鈣，能顯著提升 PVC 材料的氧指數，同時展現出更佳的環保特性。進一步地，當硬石膏粉與氫氧化鎂及金屬氧化物阻燃增效劑協同作用時，可制備出氧指數更高且更加環保的阻燃材料。

 

       為了進一步優化 PVC 的阻燃性能，采用阻燃增塑劑 TCPP 或四溴苯酐酯（B45-Z）部分替代可燃增塑劑是一種有效策略。B45-Z 由于其高溴含量，雖然會相應增加材料的硬度和密度，并帶來一定的成本負擔，但其阻燃效果尤為顯著。相比之下，TCPP 雖然成本較低，但在阻燃效能上稍遜一籌。因此，在選擇替代增塑劑時，需根據具體需求平衡成本與性能之間的關系。

 

 

 

       三、總結：

 

       通用塑料，由于其廣泛的應用覆蓋面，尤其在諸多關乎安全的關鍵領域占據重要位置，其阻燃性能的優化成為亟待解決的關鍵課題。在這一過程中，探索并應用最為適配的阻燃技術策略，對于保障材料的廣泛應用安全至關重要。

 

       作為致力于阻燃安全材料研發的同仁，我們肩負著平衡經濟成本與社會責任的雙重使命。人民的生命安全至上，這是我們不容妥協的底線。同時，面對全球對綠色發展的迫切需求，我們應當積極響應，將環保理念融入每一個決策之中。優先選擇那些環保友好型的阻燃劑，堅決淘汰那些可能對環境造成污染、釋放有害氣體的非環保材料，是我們對地球未來的莊嚴承諾。

 

       轉自——愛脈脈公眾號

 

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