有机阻燃剂与无机阻燃剂：性能、安全性和应用的完整指南
创建于12.17
选择合适的阻燃剂在制造塑料、电子产品、建筑材料或专用电缆时，这是关键。选择有机或无机类型会影响产品的耐热性、燃烧时产生的烟雾量、是否符合规定以及使用寿命。
本指南将带您了解这两种主要阻燃剂之间的区别。我们将探讨它们的化学作用、在制造过程中的表现、对环境的影响以及它们最适合的应用场景。到最后，您将对哪种更适合您的产品有更清晰的认识。
什么是有机阻燃剂？
有机阻燃剂中含有碳化合物。这些化合物包括来自磷酯、氮化合物或无卤有机磷酸酯系统的分子。它们通过与塑料在燃烧时反应来发挥作用。这通常意味着形成一层保护性的炭层或阻止维持火焰燃烧的反应。
关键事项
- 您通常不需要使用很多（重量的 5–20%）。
- 它们在许多塑料中表现良好（如 PA、PU、PC、聚酯和环氧树脂）。
- 它们可以使某些塑料更加灵活或机械强度更高。
- 您可以在不使用卤素的情况下获得它们，以减少对毒性的担忧。
- 它们通常与工程塑料配合良好，因为它们具有相似的结构。
好东西
- 他们擅长扑灭火焰，即使你使用不多，因此材料保持坚固。
- 它们帮助创建一个炭层，这确实减少了热量和传播。
- 它们通常与塑料混合得很好。
- 它们对塑料的强度影响不大。
- 它们适合制造薄型或精密部件，这在电子产品中非常重要。
缺点
- 一些在燃烧时可以释放气体（如一氧化碳和氮氧化物），但新型产品减少了这种情况。
- 它们通常比矿物质基础的选项更贵。
- 它们对热的处理能力取决于所使用的化学品；有些不适合非常高温的工艺。
无机阻燃剂是什么？
无机阻燃剂，也称为矿物阻燃剂，由铝 hydroxide（ATH）、镁 hydroxide（MDH）、聚磷酸铵（APP）和一些金属氧化物（如硼酸锌和三氧化二锑）等矿物质制成。这些材料主要通过物理方式而非化学反应发挥作用。
关键事项
- 要真正发挥作用，通常需要大量的它们（按重量计算为30-65%）。
- 它们通过吸收热量、以吸热的方式分解，并减少大量烟雾。
- 它们对环境有益，因为它们来自天然矿物。
- 它们通常用于电缆材料（尤其是HFFR）、橡胶和像PE和PP这样的塑料。
好东西
- 它们在阻止烟雾方面表现出色，并且由于它们是矿物基的且不含卤素，因此毒性很低。
- 它们非常适合大型项目，如电线绝缘和屋顶，因为它们价格便宜。
- 它们耐高温性能良好，特别是MDH和金属氧化物，允许进行多样化的加工。
- 此外，它们在符合严格防火规定的无卤电缆中也很有用。
缺点
- 你需要大量的填充物，这主要是一个缺点，因为它可能会使事物变得更弱和不那么灵活。
- 他们可能会影响处理（例如使物体变得更厚、挤出速度变慢，并需要更多的力气）。
- 它们在需要薄壁的强塑料中表现不佳，因为你需要大量的填充料。
他们的化学反应如何扑灭火灾
1. 有机阻燃剂的工作原理
- 字符形成：一些材料，如有机磷酸酯，会使聚合物的表面干燥，从而形成一层碳层，以保护其下的材料免受热量的影响，减缓可能引发火灾的气体释放。
- 气体反应：卤素或磷化物释放自由基。这些自由基与高能H·和OH·自由基反应，维持火焰的燃烧并将其扑灭。
- 固体反应：一些氮/磷物质在燃烧时帮助聚合物连接并变得稳定。这使得材料更难分解成可燃气体。
2. 无机阻燃剂的工作原理
当加热时，像 ATH 这样的矿物会从火中吸收能量。例如，氢氧化铝在约 180°C 时分解，如下所示：
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O
这个反应从火中带走热量，冷却材料。
- 削弱效果：分解释放出气体，如来自ATH/MDH的水，这减少了燃烧的气体和火焰中的氧气，从而扑灭火焰。
- 创建块体：剩余的矿物灰（如 Al₂O₃ 和 MgO）在表面形成一层强保护层，防止氧气接触火焰并减少可燃气体的释放。
两种方法都能扑灭火焰，但它们依赖于不同的反应，这会影响材料的表现。
烟雾抑制与毒性比较
类别 | 有机阻燃剂 | 无机阻燃剂 | 关键要点 |
加载级别 | 低 (5-20%) | 高 (30-65%) | 有机系统在化学上更具效力。 |
烟雾抑制 | 适中（取决于类型） | 优秀 | 无机系统释放无毒蒸汽；有机系统在热解时可以产生更多烟雾。 |
毒性 | 好的（现代HFFR类型） | 固有低 | 矿物基系统是低毒性的行业标准。 |
热稳定性 | 变化（有些高，有些低） | 高（尤其是MDH，金属氧化物） | 无机填料可以在高加工温度下处理而不会分解。 |
机械冲击 | 最小 | 中等到显著 | 无机系统中高填充物含量影响强度和柔韧性。 |
成本 | 中到高 | 低到中等（每卷） | 初始成本有利于无机系统，但效率成本有利于有机系统。 |
与工程塑料的兼容性 | 强烈 | 有限 | 有机阻燃剂在结构上与工程聚合物相似。 |
你知道在建筑火灾中，烟雾吸入通常是导致死亡的原因，而不是烧伤吗？
- 无机物：矿物填料如ATH和MDH在火车、飞机和建筑电线中很常见。当它们燃烧时，主要释放水蒸气和二氧化碳。烟雾很浓，但毒性要小得多。
- 有机材料：有一些好的磷和氮基选项，没有卤素。但一些较旧的有机阻燃剂可能会产生大量黑色烟雾。它们在燃烧时也可能释放一些有害化学物质，如一氧化碳。
如果安全是你的首要考虑（例如在隧道、医院或飞机上），无机阻燃剂是你的最佳选择。
环境影响和阻燃剂的法规
有机阻燃剂遵循规则吗？
更新的有机系统不含卤素——特别是那些使用磷和氮（P-N）以及非常稳定的有机磷酸酯的系统，通常能够很好地遵循诸如RoHS和接触这些花哨的化学物质对昂贵的东西非常重要，比如电子产品，在这些产品中，你不能影响它们的工作效果。在大多数情况下，商业世界已经放弃了那些在环境中积累的旧的卤代有机阻燃剂，以满足制造产品的环境规定。
无机阻燃剂怎么样？
基于矿物的系统自然安全且无毒，因此遵循规则更容易。当你需要尽可能环保时，它们是首选选项，例如：
- HFFR 电缆化合物：这些被广泛用于防护有毒和恶臭的烟雾。
- 儿童玩具和家具：您需要尽量避免有毒物品。
- 建筑材料：考虑防火的刚性泡沫和面板。
哪个更好？一个实用的选择框架
如果你的优先事项是… | 选择… | 为什么？ |
低烟排放与毒性 | 无机阻燃剂 | 释放水/惰性气体，而不是有毒的燃烧产物。 |
低负载下的高效率 | 有机阻燃剂 | 化学活性更强，所需材料更少。 |
环保HFFR电缆设计 | 无机阻燃剂 | 性价比高，无卤素，优良的烟雾特性。 |
高性能工程塑料 | 有机阻燃剂 | 更好的聚合物兼容性，最小的性能损失。 |
低成本、大规模生产 | 无机阻燃剂 | 矿物比合成有机化合物便宜。 |
薄壁成型或精密零件 | 有机阻燃剂 | 低填料负载确保出色的流动性和表面处理。 |
没有单一的最佳选择——这取决于您的材料需求以及它们的性能。现在，您可以找到有机和无机阻燃剂的混合物。将少量有机阻燃剂与大量无机阻燃剂混合可以提供良好的性能并减少烟雾。根据您项目的需求、它们与其他材料的混合效果、环境规则以及它们的加工方式来选择有机或无机阻燃剂。
WhatsApp