Page 57 - 《橡塑技术与装备》2022年9期

综述与专论 韩德全 等·含硼阻燃高分子材料的研究进展及展望

含硼阻燃高分子材料的研究进展及展望

韩德全，田虎虎，郭立影，周晓东，芦婷婷，于晓丽，曹鸿璋 *
( 包头稀土研究院，白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室，
内蒙古 包头 014030)

摘要 ： 近年来，由于环境和健康问题，众多研究者一直专注于寻找与卤化阻燃方案一样有效的无卤化阻燃方案。这一策略是
阻燃领域开展的学术工作的主要推动力。硼化合物由于具有低毒性、分子多样性和多种阻燃作用方式，是高分子材料中极具潜力
的阻燃添加剂。它们已单独使用或作为辅助剂与膨胀系统、含磷、卤素、氮和含碳添加剂组合使用。本综述全面描述了硼化合物
在生物复合材料、热塑性塑料、弹性体以及热固性塑料中具有的阻燃效果，以及与其他阻燃添加剂的协同效应研究。最后，强调
了含硼阻燃剂在高分子材料应用的挑战，并憧憬了该领域未来的研究进展。
关键词 ： 含硼化合物 ；高分子材料 ；阻燃 ；协同作用
中图分类号 ： TB34 文章编号 ： 1009-797X(2022)09-0007-10
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.09.002

0 引言 被誉为最有可能替代卤素基阻燃剂的候选材料之一，
高分子材料自发现以来在现代社会中无处不在， 现已被应用于多种高分子材料 [7~10] 。
由于其出色的耐化学性以及良好的电绝缘性使得高分 硼属于 ⅢA 族，原子序数为 10，在自然界中仅以
子材料在建筑、汽车、电子以及航空航天领域得到广 含氧化合物的形式存在。 但它的化学性质类似于碳和
泛的应用 [1~4] 。然而，大多数高分子材料（见表 1 所示） 硅，而不是同族元素，所以含硼化合物可以与含碳、
本质上是可燃的，极限氧指数（LOI）低，不能通过 硅化合物显示出相同的阻燃性。含硼化合物在凝聚相
UL-94 燃烧等级测试，它们的大量使用必然会对人类 和气相中的阻燃作用模式不同，在凝聚相中，通过物
的生命和财产带来巨大的火灾威胁。因此，用于开发 理和化学途径来稳定炭，并阻碍滴落 ；通过充当烧结
和制造阻燃高分子材料的高效阻燃剂变得尤为重要。 剂和助熔剂来改善炭的阻隔效果。大多数无机硼化合
表 1 常见高分子材料的热性能和可燃性 物会吸热分解（散热器作用）并释放出水（燃料稀释），
树脂 LOI/% UL-94 等 PHR/(W . g ）THR/(kJ . g ）参考文献 这通常是含硼化合物在气相中的物理阻燃作用。除了
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类型 级
PP 18.0 无 763.7 40.6 [13] 上述阻燃作用外，一些有机硼化合物在燃烧过程中会
EP 20.1 无 1 150.0 86.3 [14]
PC 26.9 V-2 610.5 51.5 [15] 释放作为自由基清除剂的自由基（火焰抑制），并释放
PE 19.7 无 1 519.2 170.2 [16] 不可燃气体从而抑制高分子基体的燃烧 [11~12] 。由于作
PLA 20.6 无 445.6 102.1 [17]
PET 22.0 无 788.5 43.5 [18] 用方式多样，含硼化合物可作为阻燃剂、抑烟剂、余
ABS 18.1 无 951.2 126.4 [19] 辉抑制剂和助熔剂。
在本篇综述中主要讨论了关于硼化合物单独作为
传统中，卤素基阻燃剂（尤其是溴化阻燃剂）被
阻燃剂或者与其他填料一起作为复合阻燃剂在高分子
认为是提高高分子材料阻燃性最有效的阻燃剂之一。
然而，由于其在燃烧过程中有毒烟雾的释放以及含溴
作者简介：韩德全（1995-），男，助理工程师，硕士研究生，
化合物的积累，溴化阻燃剂的应用带来了许多环境问
主要从事稀土在高分子材料中的应用研究。
题 [5~6] 。因此，出于对环境因素的考虑，一些基于卤 基金项目 ：内蒙古自治区引智项目（2020CG0069）、内蒙
素的阻燃剂已逐渐被淘汰，近年来从而刺激了无卤阻 古自治区关键技术攻关项目（2020GG0107）、“科技兴蒙”行
动重点专项（XM2021CXZX02）。
燃剂的发展。在所有无卤阻燃剂的开发中，含硼阻燃
* 通讯作者
剂由于毒性低、效率高以及多种阻燃机制协同等特点
收稿日期 ：2021-11-09

年
2022 第 48 卷 ·7·