今年年初，全球领先的咨询公司德勤发布了一项预测：预测电动车年度销量将从2018年的200万台继续快速增长,预计到2030年达到2100万台左右。届时全球电动车销量将占新能源汽车总销量的70%。

新能源汽车的盛行得益于政策支持以及技术发展，目前我国已成为全球第一大新能源汽车市场。

然而近段时间新能源汽车安全事故频发，其中不乏国内国际知名品牌电动车自燃，加剧了公众对新能源汽车安全的担忧。

电动车自燃的原因主要包括：

1.碰撞引起燃烧；

2.电池散热不足引起燃烧，常见于静态停车中；

3.系统短路引起燃烧；

4.电控系统等出现问题，在充电过程中的燃烧。

从根本上解决电池电控的安全性能是目前发展的技术瓶颈。意外发生时，能否保证司乘人员有充足的逃生时间成为重点考虑的问题。因此，新能源汽车应充分考虑使用阻燃性材料。

阻燃剂简介

阻燃剂(flame retardant)是用以改善材料抗燃性的物质，即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂。阻燃剂主要用于天然和合成高分子材料。含有阻燃剂的材料可防止引发火灾和抑制小火发展成灾难的大火。

人类最早的阻燃剂历史可追溯至炼金术和罗马时代，据Claudius 年鉴记载，在公元前83年，即用 alum 溶液处理木城堡以阻燃。有关织物的阻燃，最早记载是 Nikolas Sabbatini在1638年发表的文献，建议用陶土(2m203·6Si02·3qH20)和熟石膏(CaS04·0．5H20)作为填料加入涂料中以用于处理剧院的帆布窗帘而使其获得阻燃性......

1786年，Arfird首先建议采用硫酸铵作为阻燃混合物的组分；

1820年，Gay-Lussac发现硫酸铵、磷酸铵钠、锡酸铵和磷酸铵与氯化铵的混合物对纤维索有效；

在1913年，著名的化学家 W.Y.Perkin 对当时流行的棉绒的阻燃进行了广泛的研究。他将棉绒先用锡酸钠授渍，再用硫酸铵溶液处理，然后水洗、干燥，使处理过程中生成的氧化锡阻燃剂进入纤维中。

此外，他对纺织品的阻燃处理提出了一系列基本要求，如阻燃耐久性好、不应该损害织物手感、不影响印染、无毒、成本低等。

高分子合成材料的出现对阻燃技术的发展有着极其重要的意义，因为水溶性的无机盐对这些疏水性极强的材料几乎没有什么用处。因此，人们开始研制与高聚物具有相容性的阻燃剂。对阻燃荆化学发展方向影响最大的重要进展可归纳为如下几个方面：

01

氯化石蜡和氧化锑

第二次世界大战期间，军队的帆布帐篷需要阻燃和防水处理，这导致了氯化石蜡、氧化锑和胶粘剂复合阻燃剂的研制成功。这是首次明确卤素一锑的复配具有协同阻燃作用，也是首次采用有机卤素化合物取代以前流行的无机盐作阻燃剂。

02

反应型阻燃剂

反应型阻燃体系可能对聚酯更适合，使阻燃剂在聚酯的合成阶段和最终产晶的制作阶段化学结台到聚酯上，使产品具有永久性的阻燃性能。第一个含有反应性阻燃单体的阻燃聚酯是Hooker电化公司在50年代初期研制出来的，反应性单体为氯菌酸。这一开创性的研究迅速推广到各种含磷和卤索的反应性单体，如四溴邻苯二甲酸酐、氯化苯乙烯和四溴双酚A等，后者在各种聚合物体系中得到了广泛的应用。

03

阻燃剂填料

大多数卤索添加剂(氯化石蜡)在高的成型温度下很不稳定。于是，在1965年开始采用惰性阻燃剂填料，确立了两种新的聚合物阻燃方法。一种是采用热稳定性好的氯化多元环化合物，双(六氯环戊二烯)环辛烷“代号l，5-COD-diHⅨ，含氯量65％以上，熔点350"C。它高的氯含量和填判作用不仅增加了原始聚合物的热变形性能和弯曲模量，而且在高温和多水环境下基本上不迁移。因此，1，5-COD-diHEx至今仍是一种较好的阻燃剂。

01

聚合物阻燃机理

1

●

气相阻燃机理

气相阻燃机理是指在气相中断或延缓链式燃烧反应的阻燃作用，下述几种情况的阻燃属于气相阻燃。

（1）阻燃材料受热或燃烧时能产生自由基抑制剂，从而使燃烧链式反应中断。应用广泛的卤一锑协同体系主要按此机理产生阻燃作用。

（2）阻燃材料受热或燃烧时能产生成细微粒子，它们能促进自由基相互结合以终止燃烧反应。

（3）阻燃材料受热或燃烧时释放出大量惰性气体或高密度蒸汽，前者可稀释氧和气态可燃物，并降低此可燃气的温度，致使燃烧终止。后者覆盖于可燃气上，隔绝它与空气的接触，因而使燃烧窒息。

2

●

凝聚相阻燃机理

凝聚相阻燃机理是指在凝聚相中延缓或中断阻燃材料热分解而产生的阻燃作用。以下几种属于凝聚相阻燃。

（1）)阻燃剂在固相中延缓或阻止可产生可燃烧气体和自由基的热分解。

（2）阻燃村料中比热容较大的无机填料，通过蓄热和导热使材料不可以达到热分解温度。

（3）阻燃剂受热分解吸热，使阻燃材料温升减缓或中止。工业上大量使用的氢氧化铝及氢氧化镁均属此类阻燃剂。

（4）阻燃材料燃烧时在其表面生成多孔炭层，此层难燃、隔热、隔氧，又可阻止可燃气进入燃烧气相，致使燃烧中断。膨胀型阻燃剂即按此机理阻燃。

3

●

中断热交换阻燃机理

这是指将阻燃材料燃烧产生的部分热量带走，致使材料不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃气体，于是燃烧自熄。

例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔融材料易滴落，因而将大部分热量带走，减少了反馈至本体材料的热量，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。所以，易熔融材料的可燃性通常都较低，但低落的灼热的液滴，可以引燃其他物质，增加潜在危险性。

4

●

协同作用机理

将现有的阻燃剂进行复配，使各种作用机理共同发生作用，达到降低阻燃剂用量并起到更好的阻燃效果。

02

阻燃剂的种类

卤系阻燃剂

卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的阻燃剂，添加量少、阻燃教果显著。目前聚烯烃阻燃应用较多的是含氯或溴的阻燃剂。卤系阻燃剂在受热时分解产生卤化氢HX，FIX通过两种机理起阻燃作用：

(1) 自由基机理，消耗高分子降解产生的自由基HO’使其浓度降低，从而延缓或中断燃烧的链反应；

(2) 表面覆盖机理HX是一种难燃气体，密度比空气大，可以在高分子材料表面形成屏障，使可燃性气体浓度下降，从而减慢燃烧速度甚至使火焰熄灭。

卤系阻燃剂有良好的阻燃效果。其阻燃机理也比较清楚，作为商品己有多年的历史了，但其阻燃的同时，也带来了一些严重的问题，放出大量的有毒气体(如HCI，HBr等)，卤化氢气体易吸收空气小的水分形成氢卤酸，具有很强的腐蚀作用，造成二次公害：产生大量的烟雾；对加工设备也有严重的腐蚀性。

2019年12月5日，欧盟发布法规(EU) 2019/2021，制定了欧盟能源相关产品生态设计指令（ErP指令，2009/125/EC）中有关电子显示器的生态设计要求，禁止在电子显示器的外壳和支架中使用卤系阻燃剂；大于50g的塑料部件应清楚地标识材质类型，如果含有阻燃剂还需标识阻燃剂的相应信息，新法规将于2021年3月1日正式实施。

氯类阻燃剂

氯类阻燃剂主要是以氯化石蜡为主。随着应用领域的不断开拓，氯类阻燃剂正朝着低污染、高纯度、高热稳定性、高含氯量(72％以上)以及装置规模大型化等方向发展，其代表产品是氯化石蜡-70，氯化聚乙烯等，氯化石蜡-70作为添加型卤类阻燃剂，质优价廉，原料易得，用途广泛，与磷类阻燃剂和金属氯化物阻燃剂等具有良好的协同作用，市场需求较大，具有良好的开发利用前景，值得大力开发。

溴类阻燃剂

溴系阻燃剂的分解温度大多在200℃～300℃，与各种高聚物材料的分解温度相匹配，因此能在最佳时刻，于气相及凝聚相同时起到阻燃作用，添加量最小、阻燃效果最好，是目前应用晟为广泛的阻燃剂。

溴系阻燃剂种类繁多，从化台物结构上可将其分为溴代二苯醚类、溴代苯酚类、溴代双酚A类、溴代邻苯二甲酸酯类、溴代多元醇类以及其它新型溴系阻燃剂。

出于人类对环保的关注，国外很多厂商正在积极开发无卤阻燃系统，且不断有新的无卤产品问世，目前国内外对无卤阻燃剂也是越来越重视。

03

无卤阻燃剂的种类

无机水合金属化合物

尤机水合金属化合物有填充剂、阻燃剂、发烟抑制剂三重功能。当它们受热分解时放出结晶水，吸收大量的热量，降低了体系的温度，产生的水蒸汽稀释了可燃性气体的浓度，并隔绝空气；同时生成耐火金属氧化物(A1203、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碳化膜。形成的碳化膜会减弱燃烧时的传热、传质效应，从而起到阻燃的作用。

但是这类无机填料型阻燃剂在高分子材料中添加量大，若单独使用，必须在高填充量(大于50％)的情况下，才能使塑料具有好的阻燃效果。高填充量易导致高聚物材料的加工性能和物理性能急剧下降。

目前这类阻燃剂的发展方向是：

(1) 改进造粒技术，向超细化方向发展，而且粒度分布变窄；

(2) 改进包覆技术，以改善其在聚合物中的分散性；

(3) 用大分子键合方式处理。

锑系阻燃剂

锑系阻燃剂是最重要的无机阻燃剂之一，可大大提高卤系阻燃剂的效能。锑系阻燃剂的主要品种有三氧化二锑(Sb203)、胶体五氧化二锑和锑酸钠。

三氧化二锑具有热稳定性好、毒性低、不产生腐蚀性气体、在贮存过程中不挥发不析出，有持久的阻燃效果等优点。我国的锑资源丰富，价格低廉，对发展锑系阻燃荆有得天独厚的优势。三氧化二锑一般不单独使用，而是作为阻燃协效荆与卤素化合物配合，在它们的热分解过程中起阻燃作用。

研究表明，卤化物与Sb203，产生协同效应，可以明显提高卤素阻燃剂的阻燃效能。因为其生成的易挥发物SbX3，作为气相燃烧区的自由基捕捉剂，能有效的捕捉聚台物燃烧过程产生的自由基，起气相阻燃作用。

可膨胀石墨

可膨胀石墨是近年出现的一种新型无卤阻燃剂，它是由天然石墨经浓硫酸酸化处理，然后水洗、过滤、干燥后在900℃～1000℃下膨化制得。可膨胀石墨膨胀的初始温度为220℃左右，一般在220℃开始轻微膨胀，230℃～280℃迅速膨胀，之后体积可达原来的100多倍，甚至280倍。

可膨胀石墨在阻燃过程中起到以下作用：在高聚物表面形成坚韧的炭层，将可燃物与热源隔开；膨胀过程中，大量吸热，降低了体系的温度；膨胀过程中，释放夹层中的酸根离子，促进脱水碳化，并能结合燃烧产生的自由基从而中断链反应。可膨胀石墨与磷化台物、金属氧化物复合使用，能产生协调作用，加入很少量就能达到阻燃目的。

硅系阻燃剂

近年来，硅系阻燃剂以有害性低而引起世人的重视。按组成和结构可分为无机硅和有机硅系阻燃剂。无机硅系阻燃剂与基材相容性差是其最大的缺陷。相容性差导致基材的力学性能、加工性能受到损害，因此如何提高它与基材的相容性成为无机硅系阻燃剂研究的关键。

有机硅系阻燃剂是一种新型无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂，它在赋予高聚物优异阻燃抑烟性的同时，还能改善材料的加工性能及提高材料的机械强度，特别是低温冲击强度。

磷系阻燃剂

常用的无机磷系阻燃剂有红磷、磷酸酯、含卤磷酸酯、多磷酸盐等；有机磷系则包括磷酸三苯酯、磷酸一甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯等。

红磷可以认为是一种无机聚合物，分子式(P4)n，分子量为123.85，红磷系红色粉末，不溶予水、稀酸和很多有机溶剂，略溶于无水乙醇，溶于三溴化磷。

红磷是一种优良的阻燃剂，阻燃机理为：受热分解，形成具有极强脱水性的偏磷酸，从而使燃烧的聚台物表面炭化，炭化层一方面可减少可燃气体的放出，另一方面还具有吸热作用。

但在使用时，存在以下几个问题：(1)易燃，易爆炸，与空气长期接触会放出剧毒PH3气体；(2)本身为红色，易使制品着色；(3)容易吸水，与聚合物兼容性差。

聚磷酸锼(简称APP)是近20年来发展起来的一种高效无机阻燃剂，无毒，无味，不产生腐蚀性气体，含磷量大，含氮量高，热稳定性高，分散性好，为白色粉末，分解温度>256℃，聚合度在10～20之间为水溶性的，聚合度大于20难溶于水。

APP的应用十分广泛，可用于阻燃塑料、纤维、橡胶、纸张、木材。APP可单独或与其它阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温下，APP迅速分解成氨气和聚磷酸，氨气可以稀释气相中的氧气浓度，从而起限止燃烧的作用。

膨胀型阻燃剂

膨胀型阻燃剂(IFR)是一类多用于聚烯烃体系的新型无卤阻燃剂，包括氮磷协同体系，低熔点无机盐，可膨胀石墨等阻燃体系，但一般提到的膨胀型阻燃剂均指氮磷协同体系，含此阻燃剂的高聚物受热燃烧时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫层。此炭层在凝聚相能起到隔热、隔氧、抑烟和防止熔滴的作用从而起到阻燃作用，对长时间或重复暴露在火焰中的高聚物具有很好的保护性。

膨胀型无卤阻燃技术被誉为阻燃技术中的一次革命，已成为近年来最为活跃的阻燃研究领域之一。下期我们将着重为大家介绍膨胀阻燃剂的发展，机理以及最新进展。

既然环保高阻燃塑料在新能源汽车领域是这么的重要，作为改性企业，当然需要了解其发展趋势。

除此之外，环保高阻燃塑料在汽车及其他领域的创新应用也是目前的大热话题。

于是，在这场主题为“应用驱动创新”的“2020高性能塑料应用技术论坛”上，

我们将邀请全球最大的聚合物生产商之一科思创集团为我们带来演讲“环保高阻燃塑料的发展趋势及创新应用”;

还有EMS、ALBIS、奥升德、开德阜、锦湖日丽、道默化学......全球知名材料企业都将在“高性能塑料应用技术论坛”上为我们带来高性能塑料的发展趋势和创新应用！