磷酸鹽系阻燃劑研究現(xiàn)狀

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(貴州理工學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003)

1 引言

隨著生產(chǎn)生活中各種有機(jī)高分子材料的不斷合成和廣泛應(yīng)用，火災(zāi)逐漸成為生產(chǎn)生活中威脅生命財(cái)產(chǎn)安全的主要因素，因此，為了減小有機(jī)高分子材料易燃性帶來的危險(xiǎn)，降低火災(zāi)帶來的損失，各類阻燃劑的開發(fā)和應(yīng)用受到了人們的廣泛關(guān)注，也成為目前研究的熱點(diǎn)。目前研究的阻燃劑種類較多，按元素種類可以分為鹵系阻燃劑、有機(jī)磷系阻燃劑、含硅阻燃劑、氮系阻燃劑、硼系阻燃劑、無機(jī)阻燃劑等。其中無機(jī)阻燃劑由于具有無毒、消煙、不污染環(huán)境、永久阻燃及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)[1]，成為研究的重點(diǎn)。根據(jù)無機(jī)阻燃劑所含功能元素的不同，可將其分為碳系(富勒烯、碳納米管、石墨烯等)、磷系(紅磷、聚磷酸銨、磷酸鹽等)、氮系(三聚氰胺及其衍生物)、硅系(層狀硅阻燃劑、多孔類硅酸鹽等)、硼系(偏硼酸鋇、偏硼酸鈉、偏硼酸銨、五硼酸銨、硼酸鋅等)、金屬氫氧化物(氫氧化鎂、氫氧化鋁、雙金屬氫氧化物等)及其他類型阻燃劑[2]。無機(jī)阻燃劑中的磷系阻燃劑(紅磷、聚磷酸銨、磷酸鹽等)具有低毒、低煙、低鹵甚至無鹵，效率高、用量少，熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、阻燃效應(yīng)持久等特點(diǎn)在阻燃劑領(lǐng)域備受關(guān)注，尤其是在我國，有著更大的發(fā)展空間和潛力[3-4]。其中磷酸鹽阻燃劑阻燃效果明顯，被大量用于木材、織物、紙張等可燃基材的阻燃處理中[5]。磷酸鹽系阻燃劑主要包括磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二鈉、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鎂和磷酸銻等。本文對(duì)磷酸鹽系阻燃劑的制備和研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期為后續(xù)不斷開發(fā)新的無機(jī)磷酸鹽系阻燃劑提供一定的參考。

2 磷酸鹽系阻燃劑研究現(xiàn)狀

在磷酸鹽系阻燃劑的研究中，其制備方法和途徑也受到了關(guān)注。如附曉丁等[6]采用磷酸鹽、三聚氰胺等制備了三聚氰胺磷酸鹽木質(zhì)阻燃劑，并應(yīng)用于阻燃刨花板，大大降低了刨花板的熱釋放速率，具有較好的熱穩(wěn)定性和較好的阻燃效果。范蕾蕾[7]采用三聚氰胺與磷酸在水溶液中直接合成了三聚氰胺磷酸鹽，確定了最佳反應(yīng)條件，考察了母液循環(huán)對(duì)產(chǎn)品的影響，用FTIR、TG對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征，產(chǎn)品收率達(dá)95.5%～96%,母液循環(huán)使用4次不影響產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品受熱起始分解溫度為250℃，逐步脫水、脫氨、縮合，成炭率高。崔益順等[8]采用磷酸二氫銨和尿素為原料，經(jīng)過發(fā)泡、聚合、固化得到I-型聚磷酸銨產(chǎn)品，產(chǎn)品阻燃率為49.94%。胡拉等[9]以磷酸二氫銨為代表，選取阻燃液浸泡單板的阻燃處理方式，研究了磷酸銨鹽阻燃處理對(duì)桉樹膠合板燃燒性能、膠合性能及吸濕性的影響。張旭等[10]采用磷酸氫二銨和磷酸二氫銨作為原料混合配置磷酸鹽阻燃液，并用于棉布進(jìn)行浸泡阻燃處理，在對(duì)樣品進(jìn)行阻燃性能表征后得到最佳混合比例。李曉燕等[11]設(shè)計(jì)了以熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)為基體樹脂，磷酸氫二胺(ADP)為氣源兼酸源的TPO/ADP的阻燃復(fù)合體系，并通過研究發(fā)現(xiàn)隨著磷酸氫二胺量的增加材料的阻燃性能得到提高，在磷酸氫二胺用量達(dá)到70份時(shí)達(dá)到峰值。O Mauerer[12]用氨基苯基磷酸鹽無鹵阻燃劑作為環(huán)氧樹脂的交聯(lián)劑值得層壓材料，其阻燃等級(jí)為UL94 V-1，吸水性和熱穩(wěn)定性均滿足要求。牛錛等[13]用LiOH·H2O和NH4H2PO4為原料，采用微波水熱法合成了耐高溫的高純度磷酸鋰產(chǎn)品，并用于阻燃性能的研究。孫建之[14]以提鋰后的尾液為原料，與Na2CO3和Na3PO4·12H2O反應(yīng)，在較為溫和的水熱條件、較短的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)制得了單分散的球形Li3PO4顆粒，產(chǎn)率達(dá)到90%以上，該方法全過程接近污染物零排放，不僅解決了尾液的環(huán)境污染問題，而且還提高了鹽湖資源的綜合利用率。鄒洪濤[15]在表面活性劑乙二醇存在下，采用低溫固相化學(xué)反應(yīng)，分別以Zn(NO3)2·6H2O和ZnSO4·7H2O與Na3PO4·12H2O進(jìn)行反應(yīng)一步制備磷酸鋅微米晶棒,以期可作為阻燃劑研究。謝飛[16]采用水熱法，以ZnSO4·H2O和Na2HPO4為原料探究出制備超精磷酸鋅Zn3(PO4)2·4H2O的最佳條件，以期以此制備為基礎(chǔ)研究開發(fā)阻燃性能良好的磷酸鋅阻燃劑。李積德[17]以濃度為33%的一水合次磷酸鈉乙酸溶液為次磷酸源，采用自由基合成方法合成了高純度的二丙基次磷酸鈉，進(jìn)一步完善了制備新型綠色環(huán)保無鹵阻燃劑烷基次磷酸鈉鹽的方法。至于磷酸鎂，國內(nèi)外對(duì)于磷酸鎂的生產(chǎn)方法的研究一般以結(jié)晶磷酸鎂為主，曾波等[18]以磷酸和碳酸鎂為原料，對(duì)高溫固相法一步合成無水磷酸鎂鹽進(jìn)行了試驗(yàn)研究后得到了制備產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國際化學(xué)品法典指標(biāo)要求的碳酸鎂的方法。Jayshree Ramkumar等[19]以氯化銻和磷酸二氫銨為原料，通過溶液法制得了納米級(jí)磷酸銻，進(jìn)行了表征后對(duì)納米磷酸銻的用途進(jìn)行了研究。

目前有關(guān)磷酸鹽材料的合成及性能研究較多，且研究發(fā)現(xiàn)無機(jī)磷酸鹽具有一定的阻燃性，作為阻燃劑具有較大的潛在應(yīng)用市場。雖然無機(jī)磷酸鹽的不同制備方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，但其阻燃性能有待于進(jìn)一步改善制備條件，并通過實(shí)驗(yàn)研究不斷得以提高。

3 小結(jié)

鑒于目前國內(nèi)阻燃劑行業(yè)把研究的重點(diǎn)放在了無機(jī)阻燃劑上，磷酸鹽系阻燃劑作為無機(jī)磷系阻燃劑的一類，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)抓住自身優(yōu)點(diǎn)，不斷通過改性以及與其他不同種類阻燃劑復(fù)合等方法，探索制備出阻燃性能更加高效、產(chǎn)品來源更廣泛、耐久性更好、生產(chǎn)使用過程更環(huán)保、無毒、無臭、無污染，在使用過程中不產(chǎn)生二次污染的阻燃劑，以面對(duì)需求越發(fā)擴(kuò)大的同時(shí),要求也越發(fā)嚴(yán)格的阻燃劑市場。