中国粉体网讯  高分子材料是与陶瓷材料、金属材料并重的三大材料之一，其使用范围几乎涵盖人们工作生活的方方面面，从日常用品到电缆业、汽车工业、建筑业等，都可以看到高分子材料的影子。然而，绝大多数高分子材料都是以碳为骨架结构聚合而成的，在使用过程中如遇明火很容易燃烧，对人类的生命、财产安全造成严重威胁。因此，关于高分子阻燃性能的研究是非常必要的。

图片来源：pixabay

高分子材料的燃烧过程及阻燃策略

简单来说，高分子材料的燃烧过程实际就是其热分解的过程，当温度达到一定程度时，高分子基体首先发生热分解，生成的挥发性可燃物在燃烧区以自由基链增长反应燃烧。此过程释放出大量热量，再反馈到基体中，导致基体进一步热分解，依次循环。

基于上述分析，针对高分子材料的阻燃性能研究主要从两方面开展：切断自由基链增长反应和阻碍热量及可燃物的自由迁移，即目前比较公认的２种阻燃机理：气相机理和凝相机理。为达到上述目的，人们采用了多种类型的阻燃剂，或捕获自由基，或促进成炭，或吸收热量，或稀释可燃性气体的浓度。按照分子结构的差异，可将众多阻燃剂分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类。

虽然有机阻燃剂的阻燃效果较好，但其热分解产物往往具有一定的毒性，对人体和环境的危害较大。相比之下，无机阻燃剂具有低毒、环保、价格低廉等优点，在近些年的研究中广受关注。

当前，氢氧化铝（Al(OH)₃，ATH）是应用最广泛的一种阻燃材料，被应用到各种材料，各种领域。

氢氧化铝为什么可以阻燃？

高分子材料的阻燃是很复杂的过程，其间伴随着物理及化学过程。物理变化主要分为三个过程，即冷却过程、稀释过程、形成隔热层。化学变化仅有一个过程，就是自由基链的终止反应。

图片来源：林嘉新材料

氢氧化铝的阻燃机理大部分符合冷却机理。氢氧化铝在180℃到200℃之间就可以分解，生成三氧化二铝和水。反应式如下：

2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O(1050kJ/kg)

这个反应大致分为两个过程，分别包括两个不同的吸热反应。中间产物是拜耳体“AlOOH”，它对应的吸热过程的能量低得多。相应的变化是氢氧化铝粒子的粒径变得更大。这个过程对聚合物的燃烧有几个影响：（1）它吸收1050kJ/kg的热量，使聚合物温度降低；（2）生成的Al2O3形成了一层热隔离层；（3）释放的水蒸气稀释了可燃气体的浓度，形成了一层气相保护层。

我们可以推断出氢氧化铝的阻燃机理。首先，聚合物材料开始燃烧，高温条件使得氢氧化铝也随之发生热分解反应，由于此反应是吸热的，所以带走了部分聚合物的热量，聚合物表面温度降低，便无法达到继续燃烧的条件。其次，氢氧化铝热分解产物是水蒸气，它除了汽化吸热可以起到降温作用之外，还稀释可燃气体的有效浓度，起到阻燃作用。另外，氢氧化铝有助于聚合物在燃烧时形成表面炭化层，该炭化层不会发生反应，而且可以隔绝氧气，防止热量传递，切断了燃烧的必要途径，起到阻燃作用。

氢氧化铝做为阻燃剂的优势

1）反应过程吸热降温作用突出

氢氧化铝中的结晶水含量高达34.46%，当周围温度上升到300℃以上，这些水分全部析出。由于水的比热大，当其化为水蒸气时需从周围吸取大量热能。氢氧化镁也含结晶水，但含水率仅30.6%。而且氢氧化镁不利于介电性能，适用性不如氢氧化铝。

2）在阻燃过程中环保安全，不会产生毒气。

3）对橡胶等制品具有补强作用

在氢氧化铝粒度低至准纳米级时（径≤2μm），还可以对橡胶等制品具有补强作用，而且随着粒度越小，补强作用越强，阻燃效果也越好。

4）资源充足

氢氧化铝制备加工工艺较为成熟，易得价廉。

参考来源：

[1]党力等.无机阻燃剂的研究进展

[2]李冰.疏水性超细氢氧化铝的合成及其阻燃性能研究

[3]中国粉体网

（中国粉体网/山川）

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除