塑料材料加入含鹵阻燃劑不僅會對環境造成負面影響，而且在燃燒過程中會產生大量有毒、有腐蝕性的氣體和煙霧，火災過程中容易導致人員窒息死亡，導致火災的程度增加。

而無鹵阻燃劑具有環保、安全、抑煙、無毒和價廉等優點，接下來我們一起來看下無鹵阻燃劑的類型和作用機理。

目前塑料無鹵阻燃劑的類型主要有：無機阻燃劑、無鹵膨脹型阻燃劑、有機磷系阻燃劑、有機硅系阻燃劑、氮系阻燃劑等五種類型。

無機阻燃劑具有穩定性好，低毒或無毒，貯存過程中不揮發、不易從塑料中析出，原料來源豐富，價格低廉等優點，兼具阻燃、填充雙重功能。無機阻燃劑主要包括Sb₂O₃、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、無機磷系等。

三氧化二銻(Sb₂O₃)是無機阻燃劑中使用最為廣泛的品種。它單獨使用時效果不佳，常與有機鹵化物并用，起協效作用。它具有優良的阻燃效果，可廣泛用于聚氯乙烯(PVC)和聚烯烴類及聚酯類等塑料中。但它對鼻、眼、咽喉具有刺激作用，吸人體內會刺激呼吸器官，與皮膚接觸可以引起皮炎，使用時應注意防護。

氫氧化鋁(ATH)₃氫氧化鋁習慣上稱為水合氧化鋁。為白色細微結晶粉末，含結晶水34.4%，200℃以上脫水，可大量吸收熱量。另外，ATH加入到塑料中，在燃燒時放出的水蒸氣白煙將聚合物燃燒產生的黑煙稀釋，起掩蔽作用，因此又具有減少煙霧和有毒氣體的作用。

氫氧化鎂Mg(OH)₂比氫氧化鋁阻燃性能稍差，在塑料中添加量大，會影響到力學強度。經偶聯劑表面處理后，可改善其與樹脂的結合力，使之兼具阻燃和填充雙重功能。常用于環氧樹脂(EP)、酚醛樹脂(PF)、不飽合聚酯(UP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)等。

無機磷系阻燃劑主要指紅磷。它是一種性能優良的阻燃劑，具有高效、抑煙、低毒等阻燃效果，作為阻燃劑使用已有20余年，是一種受到高度重視的阻燃劑，可在多種塑料中使用，但一般需與其他助劑配合，才能發揮其阻燃作用。紅磷阻燃劑的缺點主要有：在使用時穩定性差、易燃易爆炸、易氧化成酸；與空氣長期接觸會放出劇毒的磷化氫；自身為紅色，易使制品著色；紅磷也容易吸潮，與聚合物兼容性較差，從而限制了其作為阻燃劑的廣泛應用。其他無機阻燃劑包括阻燃增效劑、阻燃抑煙劑以及一些用量較少的阻燃劑，主要有：鉬系化合物、硼酸鹽、層狀硅酸鹽、錫系化合物(錫酸鋅和羥基錫酸鋅)等。

無鹵膨脹型阻燃劑(IFR)是以磷、氮為主要成分的無鹵阻燃劑。它具有高阻燃性、無熔融滴落、對長時間或重復暴露在火焰中有極好的抵抗性，無鹵、無氧化銻，低煙、無毒、無腐蝕性氣體產生等優點。IFR主要由三部分組成：第一部分是酸源又稱脫水劑或炭化促進劑。通常為無機酸或無機酸化合物，如磷酸、硫酸、硼酸、磷酸銨鹽、磷酸酯及聚磷酸銨(APP)等，可與樹脂作用，促進炭化物的生成；第二部分是炭源又稱成炭劑，主要為一些含碳量較高的多羥基化合物或碳水化合物，如淀粉、季戊四醇(PER)及其二聚體和三聚體等；第三部分是氣源又稱發泡源，可釋放出惰性氣體，為含氮類化合物，如尿素、三聚氰胺(MEL)、雙氰胺、APP等。由于普通的膨脹型阻燃劑易吸潮，添加量大，同塑料的相容性差，所以還需要對其改性以提高其與塑料的相容性或讓其與具有協同作用的物質共用，以提高阻燃效果。

在各類阻燃劑中，磷系阻燃劑，特別是有機磷系阻燃劑，占有重要地位。對有機磷系阻燃劑的研究起始于本世紀初，有機磷系阻燃劑大都具有低煙、無毒、低鹵、無鹵等優點，符合阻燃劑的發展方向，具有較好的發展前景。有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、膦酸酯、有機磷鹽和氧化磷，還有磷雜環化合物及聚合物磷(膦)酸酯等，但應用最廣的是磷酸酯和膦酸酯。在有機磷阻燃劑分子設計中，把氮元素或硅元素引入其中而得到的磷-氮阻燃劑或磷-硅阻燃劑往往可以發揮兩者的協同阻燃作用。雙酚A雙(二苯基磷酸酯)(BDP)和間苯二酚雙(二苯基磷酸酯)(RDP)是近年來開發出的新型無鹵環保有機磷類阻燃劑，其結構式如圖1所示。與傳統有機磷阻燃劑相比，BFP與RDP具有相對分子質量大、熱穩定性高、揮發性低以及阻燃效率高等特點。BDP在熱穩定性及水解穩定性方面比RDP略為優越，作為添加型阻燃劑，主要用于熱塑性工程塑料如PC/ABS共混物、聚乙烯及泡沫聚氨酯中，表現出十分優異的阻燃效果。

有機硅阻燃劑是一種新型高效、低毒、防熔融滴落、環境友好的無鹵阻燃劑，也是一種成炭型抑煙劑。有機硅阻燃劑在賦予基材優異的阻燃性能之外，還能改善基材的加工性能、耐熱性能等。目前，有機硅阻燃劑主要有硅樹脂阻燃劑和聚硅硼氧烷阻燃劑。阻燃的方法可以是直接將有機硅阻燃劑加入到塑料中，也可以是將一些帶官能團(如端羥基、氨基或環氧基)的聚硅氧烷鏈段嵌入到一些聚合物中。

氮系阻燃劑主要為添加型，常用的氮系阻燃劑有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸(MCA)等。

單獨使用氮系阻燃劑阻燃效果不佳，但與含磷阻燃劑結合而成的膨脹型阻燃劑體系，其阻燃效果就很好。

不同的阻燃劑具有不同的阻燃作用，其機理比較復雜，至今還在不斷研究之中。

在高溫下，有的阻燃劑可以在塑料的表面形成一層隔離膜，隔絕了空氣，從而起到阻止傳遞熱量，降低可燃性氣體釋放量和隔絕氧的作用，從而達到阻燃目的。這類阻燃劑可分為兩種情況：

（1）阻燃劑在燃燒溫度下分解成為不揮發、不氧化的玻璃狀薄膜，覆蓋在材料的表面上，可隔離空氣(或氧氣)，且能使熱量反射出去或降低熱導率，從而起到了阻燃的效果。如硼酸、水合硼酸鹽即屬于此類。

（2）阻燃劑在燃燒溫度下可使材料表面脫水炭化，形成一層多孔性隔熱焦炭層，從而阻止熱的傳導而起阻燃作用，稱為凝聚相阻燃機理。

阻燃劑能在中等溫度下立即分解出不燃性氣體，稀釋可燃性氣體，阻止燃燒發生。如含鹵阻燃劑即為此類代表，有機鹵素化合物受熱后釋放出HX不燃性氣體。

阻燃劑在高溫時劇烈分解吸收大量熱能，降低了環境溫度，從而阻止燃燒繼續進行。如氫氧化鋁與氫氧化鎂，當其受熱分解時釋放出結晶水，吸收大量的熱量，的水蒸氣降低了可燃性氣體的濃度，并使材料與空氣隔絕；同時生成的耐熱金屬氧化物Al₂O₃和MgO還會催化聚合物的熱氧交聯反應，在聚合物表面形成一層炭化膜，減弱材料燃燒時的傳熱、傳質效應，從而不僅起到阻止燃燒的作用，還起到了消煙的作用。AI(OH)₃分解溫度范圍為235~350℃，吸熱量為968J/g。由于其分解溫度較低，因此，作為阻燃劑通常只適用于加工溫度較低的塑料。與Al(OH)₃相比，Mg(OH)₂具有更好的熱穩定性，更強的促進基材成炭和提高氧指數的能力；分解溫度高達340~490℃，能滿足許多塑料樹脂的混煉和加工成型，并可使添加Mg(OH)₂的高分子材料能承受更高的加工溫度，利于加快擠塑速率，縮短模塑時間；同時在制備過程中無有害物質排放，因此，可在許多場合替代Al(OH)₃。

阻燃劑的分解產物易與活性自由基反應，降低某些自由基的濃度，使燃燒中起關鍵作用的連鎖反應不能順利進行。如含鹵阻燃劑在燃燒溫度下分解產生的不燃性氣體HX，能與燃燒過程中的活性自由基HO·反應，將燃燒的自由基鏈式反應切斷，達到阻燃的目的。

紅磷阻燃就是用該機理進行阻燃。紅磷受熱分解后形成具有極強脫水性的偏磷酸，從而使燃燒的聚合物表面炭化；炭化層既可以阻止可燃氣體的放出，又具有吸熱作用。另外紅磷與氧形成PO·自由基進入氣相后，可捕捉大量H·和HO·自由基，從而起到阻止燃燒作用。

（1）阻燃效率高，可賦予塑料材料良好的難燃性；

（2）與塑料用樹脂的相容性好，可較好地分散在樹脂中形成均相體系；

（3）在塑料的加工溫度下不分解；

（4）不降低塑料的力學性能、電性能、耐候性能等；

（5）耐久性好，能長期保留在塑料中起到阻燃作用；

（6）無毒、無臭、無污染，在阻燃過程中不產生有毒氣體，不產生二次污染。