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| 阻燃剂：卤素是必需的吗？ |
| Adrian Beard, Sebastian Hörold |
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比起灭火，预防火灾是一种保护生命、肢体和财产的更好的方式。电气电子设备、系统及部件的设计工程师和制造商的任务是确保符合高安全标准。考虑到设计师指定的过多的聚合物，以及看似势不可挡的小型化和整合功能的迫切要求，这是不容易做到的。笔记本电脑和智能手机、家电、工业与民用建筑用电气系统、光伏发电，尤其是汽车和飞机结构，越来越需要在发生故障时能可靠地防止火灾发生和蔓延的聚合物。
多年以来，基于不同工作原理的一系列添加剂已经被用于防止在发生短路、外部火源侵入或过热时的组件起火。不幸的是，这些添加剂也以不同的方式，从不同程度上改变了基础聚合物和化合物的性质，以及它们的加工行为。众所周知，添加到其中之后，相当数量的添加剂在加热时会释放出有害的溴化或氯化气体，其实这也大大阻碍了在产品生命周期结束时的热回收。
由于需要确保满足材料的机械、光学和热学性能最高要求，同时兼顾加工参数、防火的有效性、环境的相容性和经济性，专家们得到了可能的解决方案的不同观点和不同评估结果。这一点的重要性促使欧盟2009年设立了ENFIRO项目，以研究和评估使用防火塑料替代品的行为模式和后果。
成熟可用的替代方法
研究发现，某些BFRs（溴化阻燃剂）不仅直接有害，而且也累积在食物链中。在过去的三年里，环境研究所所属单位阿姆斯特丹大学与12个项目的合作伙伴，进行了深入研究，旨在收集可能的替代品数据和事实。他们调查了15种市售非卤化阻燃剂的不同组成和应用。他们的目标是能够做出可信的潜在危害健康和环境相容的声明，包括超越阻燃部件的使用寿命，以及聚合物和其他标准的加工性能。
为了真实地反映工业实践，该研究涉及不同类别的材料阻燃剂，从PA6到PBT，PET，HIPS和环氧树脂。研究中使用了各种生产方法，来确保典型的应用都有体现。
虽然这些研究的详细评估还没完全出来，但已经提出了一些主要的结果，包括：
对于所有的聚合物系统，完全成熟的、非卤化阻燃剂处理可作为常用的溴化变体替代品（见图1）。 （图片） 在注塑成型中，发现非卤化阻燃配方能符合或优于它们的溴化对应物（见图2）。（图片） 无卤添加剂使阻燃性能拥有了规定的技术和法定水平（见图3）。非卤化系统排放的烟雾通常少得多，而且烟雾中的有害物质少（见图4）（图片） （图片） 溴化添加剂的不当处置或回收可能会导致释放有毒化合物。聚合物的排出（浸出，迁移）水平关键取决于聚合物本身。
用于苛刻案例的亚磷酸酯
因此，几乎没有论据支持在聚合物中采用经典的卤化阻燃剂。这是由于在很大程度上，次膦酸酯也可用于涉及加工温度升高的应用程序。自2004年左右开始，市场上已经有了基于二乙基次膦酸（DEPAL）铝盐的阻燃剂。科莱恩国际有限公司位于瑞士普莱登，其德国子公司可为不同类别的基础聚合物生产这种添加剂，并以Exolit的名义进行销售。这些现在已经在电信和消费电子，电气应用（标题图片）和电缆护套产品中得到了广泛应用。在大多数情况下，一个相对较小的剂量是足以满足这些细分市场严格的消防安全标准的。如适用于0.4毫米壁厚的UL94 V-0，GW-FI 960℃（灼热丝燃烧指数）。而同时仍符合环保法规，包括关于在电气电子设备中限制有害物质（RoHS）的欧盟指令2011/65/EU，及关于欧洲废弃电气及电子设备（WEEE）的指令2012/19/EU。
对于许多用户来说，使用Exolit最主要的原因可能是工程热塑性塑料中纳入了可靠的、无卤化阻燃性的范围，一些甚至是在高于300℃的温度下进行加工的。
ENFIRO的研究表明，聚酰胺和聚酯，以及热塑性弹性体（TPE）、热固性树脂都可以用Exolit进行处理。尽管没有使用溴，Exolit可使这些聚合物具有防火安全的水平，而这仅能通过昂贵的高性能聚合物来实现，昂贵的高性能聚合物往往又是较难加工的。变体Exolit OP专门针对热塑性材料，除此之外，科莱恩还开发了新的反应性磷系阻燃剂，特别适用于印刷电路板，因为添加剂对塑性材料玻璃化转变温度的影响被最小化了—在这种苛刻的应用领域里，这是环氧树脂化学的一个重要方面。另一种后果是，与常规产品相比，必要剂量的阻燃剂可减少多达50％。同时，基于多磷酸铵的Exolit AP，可以使在电气电子产品中使用的聚烯烃具有阻燃性。ENFIRO项目也证实，聚磷酸铵具有很大的毒性及环境特性。
成本问题
ENFIRO项目中研究的非卤化替代品都是市售的，并且可以以加在溴化添加剂里的类似剂量进行添加。在某些情况下，例如聚酰胺，甚至添加更小的剂量。它们提供了一个有竞争力的性价比。另一个附加优势是由此产生的安全性和长期风险的降低：哪怕仅仅避免一项损害赔偿，都可为公司带来巨大的收益，无论从经济上还是公司形象上。这些论据推动了非卤化阻燃剂的实际使用。
消费电子产品和电信工业，以及电气工程、光电、家电和其他行业等，都寻求字面上所谓的“燃烧问题”的最佳技术和经济的解决方案。非卤化产品不含有RoHS指令中列出的任何有害物质。该阻燃剂具有终端产品副作用小的特点，并且在发生火灾的情况下，不会产生任何腐蚀性烟雾，这一事实减少了火灾损失的风险。这样的产品也有资格获得如蓝色天使、TCO和欧盟生态标签等生态标签。西欧并不是主要的、唯一的销售区域。
科莱恩响应全球不断增长的需求，在添加剂所有不同的变体中制定用于新的特定应用程序的、优化的阻燃配方。目前发展的重点是聚酯、聚酰胺和生物塑料。
防火是如何起作用的
用Exolit处理过的聚合物在发生火灾时会膨胀，迅速创建了一片烧焦的、不会继续燃烧的保护层。这为还没燃烧的聚合物提供了隔热罩，也阻隔了大气中的氧气。某些阻燃剂也可以在气相中通过阻止火焰中的化学反应起作用。这两种效应使得火焰没有了进一步的燃料来源，并灭了火。由于该技术，聚合物可以达到最高的阻燃等级。
作者简介
ADRIAN BEARD博士，出生于1962年，是（德国）科莱恩公司阻燃剂部门的营销总监。
SEBASTIAN HÖROLD博士，出生于1965年，是位于德国格斯特霍芬的科莱恩公司热塑性塑料阻燃剂部技术营销负责人；sebastian.hoerold@clariant.com。
9/27/2013
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