塑料材料加入含卤阻燃剂不仅会对环境造成负面影响，而且在燃烧过程中会产生大量有毒、有腐蚀性的气体和烟雾，火灾过程中容易导致人员窒息死亡，导致火灾的程度增加。

而无卤阻燃剂具有环保、安全、抑烟、无毒和价廉等优点，接下来我们一起来看下无卤阻燃剂的类型和作用机理。

目前塑料无卤阻燃剂的类型主要有：无机阻燃剂、无卤膨胀型阻燃剂、有机磷系阻燃剂、有机硅系阻燃剂、氮系阻燃剂等五种类型。

无机阻燃剂具有稳定性好，低毒或无毒，贮存过程中不挥发、不易从塑料中析出，原料来源丰富，价格低廉等优点，兼具阻燃、填充双重功能。无机阻燃剂主要包括Sb₂O₃、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、无机磷系等。

三氧化二锑(Sb₂O₃)是无机阻燃剂中使用最为广泛的品种。它单独使用时效果不佳，常与有机卤化物并用，起协效作用。它具有优良的阻燃效果，可广泛用于聚氯乙烯(PVC)和聚烯烃类及聚酯类等塑料中。但它对鼻、眼、咽喉具有刺激作用，吸人体内会刺激呼吸器官，与皮肤接触可以引起皮炎，使用时应注意防护。

氢氧化铝(ATH)₃氢氧化铝习惯上称为水合氧化铝。为白色细微结晶粉末，含结晶水34.4%，200℃以上脱水，可大量吸收热量。另外，ATH加入到塑料中，在燃烧时放出的水蒸气白烟将聚合物燃烧产生的黑烟稀释，起掩蔽作用，因此又具有减少烟雾和有毒气体的作用。

氢氧化镁Mg(OH)₂比氢氧化铝阻燃性能稍差，在塑料中添加量大，会影响到力学强度。经偶联剂表面处理后，可改善其与树脂的结合力，使之兼具阻燃和填充双重功能。常用于环氧树脂(EP)、酚醛树脂(PF)、不饱合聚酯(UP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)等。

无机磷系阻燃剂主要指红磷。它是一种性能优良的阻燃剂，具有高效、抑烟、低毒等阻燃效果，作为阻燃剂使用已有20余年，是一种受到高度重视的阻燃剂，可在多种塑料中使用，但一般需与其他助剂配合，才能发挥其阻燃作用。红磷阻燃剂的缺点主要有：在使用时稳定性差、易燃易爆炸、易氧化成酸；与空气长期接触会放出剧毒的磷化氢；自身为红色，易使制品着色；红磷也容易吸潮，与聚合物兼容性较差，从而限制了其作为阻燃剂的广泛应用。其他无机阻燃剂包括阻燃增效剂、阻燃抑烟剂以及一些用量较少的阻燃剂，主要有：钼系化合物、硼酸盐、层状硅酸盐、锡系化合物(锡酸锌和羟基锡酸锌)等。

无卤膨胀型阻燃剂(IFR)是以磷、氮为主要成分的无卤阻燃剂。它具有高阻燃性、无熔融滴落、对长时间或重复暴露在火焰中有极好的抵抗性，无卤、无氧化锑，低烟、无毒、无腐蚀性气体产生等优点。IFR主要由三部分组成：第一部分是酸源又称脱水剂或炭化促进剂。通常为无机酸或无机酸化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、磷酸铵盐、磷酸酯及聚磷酸铵(APP)等，可与树脂作用，促进炭化物的生成；第二部分是炭源又称成炭剂，主要为一些含碳量较高的多羟基化合物或碳水化合物，如淀粉、季戊四醇(PER)及其二聚体和三聚体等；第三部分是气源又称发泡源，可释放出惰性气体，为含氮类化合物，如尿素、三聚氰胺(MEL)、双氰胺、APP等。由于普通的膨胀型阻燃剂易吸潮，添加量大，同塑料的相容性差，所以还需要对其改性以提高其与塑料的相容性或让其与具有协同作用的物质共用，以提高阻燃效果。

在各类阻燃剂中，磷系阻燃剂，特别是有机磷系阻燃剂，占有重要地位。对有机磷系阻燃剂的研究起始于本世纪初，有机磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒、低卤、无卤等优点，符合阻燃剂的发展方向，具有较好的发展前景。有机磷系阻燃剂包括磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、有机磷盐和氧化磷，还有磷杂环化合物及聚合物磷(膦)酸酯等，但应用最广的是磷酸酯和膦酸酯。在有机磷阻燃剂分子设计中，把氮元素或硅元素引入其中而得到的磷-氮阻燃剂或磷-硅阻燃剂往往可以发挥两者的协同阻燃作用。双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)和间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)是近年来开发出的新型无卤环保有机磷类阻燃剂，其结构式如图1所示。与传统有机磷阻燃剂相比，BFP与RDP具有相对分子质量大、热稳定性高、挥发性低以及阻燃效率高等特点。BDP在热稳定性及水解稳定性方面比RDP略为优越，作为添加型阻燃剂，主要用于热塑性工程塑料如PC/ABS共混物、聚乙烯及泡沫聚氨酯中，表现出十分优异的阻燃效果。

有机硅阻燃剂是一种新型高效、低毒、防熔融滴落、环境友好的无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂。有机硅阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外，还能改善基材的加工性能、耐热性能等。目前，有机硅阻燃剂主要有硅树脂阻燃剂和聚硅硼氧烷阻燃剂。阻燃的方法可以是直接将有机硅阻燃剂加入到塑料中，也可以是将一些带官能团(如端羟基、氨基或环氧基)的聚硅氧烷链段嵌入到一些聚合物中。

氮系阻燃剂主要为添加型，常用的氮系阻燃剂有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸(MCA)等。

单独使用氮系阻燃剂阻燃效果不佳，但与含磷阻燃剂结合而成的膨胀型阻燃剂体系，其阻燃效果就很好。

不同的阻燃剂具有不同的阻燃作用，其机理比较复杂，至今还在不断研究之中。

在高温下，有的阻燃剂可以在塑料的表面形成一层隔离膜，隔绝了空气，从而起到阻止传递热量，降低可燃性气体释放量和隔绝氧的作用，从而达到阻燃目的。这类阻燃剂可分为两种情况：

（1）阻燃剂在燃烧温度下分解成为不挥发、不氧化的玻璃状薄膜，覆盖在材料的表面上，可隔离空气(或氧气)，且能使热量反射出去或降低热导率，从而起到了阻燃的效果。如硼酸、水合硼酸盐即属于此类。

（2）阻燃剂在燃烧温度下可使材料表面脱水炭化，形成一层多孔性隔热焦炭层，从而阻止热的传导而起阻燃作用，称为凝聚相阻燃机理。

阻燃剂能在中等温度下立即分解出不燃性气体，稀释可燃性气体，阻止燃烧发生。如含卤阻燃剂即为此类代表，有机卤素化合物受热后释放出HX不燃性气体。

阻燃剂在高温时剧烈分解吸收大量热能，降低了环境温度，从而阻止燃烧继续进行。如氢氧化铝与氢氧化镁，当其受热分解时释放出结晶水，吸收大量的热量，的水蒸气降低了可燃性气体的浓度，并使材料与空气隔绝；同时生成的耐热金属氧化物Al₂O₃和MgO还会催化聚合物的热氧交联反应，在聚合物表面形成一层炭化膜，减弱材料燃烧时的传热、传质效应，从而不仅起到阻止燃烧的作用，还起到了消烟的作用。AI(OH)₃分解温度范围为235~350℃，吸热量为968J/g。由于其分解温度较低，因此，作为阻燃剂通常只适用于加工温度较低的塑料。与Al(OH)₃相比，Mg(OH)₂具有更好的热稳定性，更强的促进基材成炭和提高氧指数的能力；分解温度高达340~490℃，能满足许多塑料树脂的混炼和加工成型，并可使添加Mg(OH)₂的高分子材料能承受更高的加工温度，利于加快挤塑速率，缩短模塑时间；同时在制备过程中无有害物质排放，因此，可在许多场合替代Al(OH)₃。

阻燃剂的分解产物易与活性自由基反应，降低某些自由基的浓度，使燃烧中起关键作用的连锁反应不能顺利进行。如含卤阻燃剂在燃烧温度下分解产生的不燃性气体HX，能与燃烧过程中的活性自由基HO·反应，将燃烧的自由基链式反应切断，达到阻燃的目的。

红磷阻燃就是用该机理进行阻燃。红磷受热分解后形成具有极强脱水性的偏磷酸，从而使燃烧的聚合物表面炭化；炭化层既可以阻止可燃气体的放出，又具有吸热作用。另外红磷与氧形成PO·自由基进入气相后，可捕捉大量H·和HO·自由基，从而起到阻止燃烧作用。

（1）阻燃效率高，可赋予塑料材料良好的难燃性；

（2）与塑料用树脂的相容性好，可较好地分散在树脂中形成均相体系；

（3）在塑料的加工温度下不分解；

（4）不降低塑料的力学性能、电性能、耐候性能等；

（5）耐久性好，能长期保留在塑料中起到阻燃作用；

（6）无毒、无臭、无污染，在阻燃过程中不产生有毒气体，不产生二次污染。