添加劑用于改善可燃產(chǎn)品的阻燃性能。通常，添加劑是添加到可燃材料中以延遲或抑制點(diǎn)火并在暴露于火焰沖擊時(shí)降低火焰蔓延速度的物質(zhì) [ 139 , 140 ]。已經(jīng)對這些材料作為各種聚合物添加劑的性能進(jìn)行了大量研究。另一方面，阻燃體系中的添加劑基本上不與周圍體系發(fā)生化學(xué)附著；然而，正在進(jìn)行額外的研究以將額外的化學(xué)基團(tuán)接枝到這些材料上，使它們能夠在不失去阻燃效率的情況下整合在一起 [ 45 , 141]。因此，它使這些材料在應(yīng)用時(shí)不會排放到大氣中。此外，阻燃系統(tǒng)中使用的大多數(shù)添加劑都已獲得美國環(huán)境保護(hù)署 (US EPA) 的批準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈儗Νh(huán)境的影響較小[ 142、143、144 ]。
以下是一些有前景的添加劑，可用于配制有效的膨脹型阻燃涂料體系。
7.1.1. 聚磷酸銨多磷酸銨 (APP) 是氨 (NH 3 ) 和多磷酸的無機(jī)鹽。這種支鏈或非支鏈聚合物的鏈長 ( n ) 會有所不同，其中n可以大于 1000。短直鏈 APP（晶型 I (APP I)）（n = 100）對水更敏感（水解）并且對熱的敏感性更低與較長的支鏈 APP（晶型 II (APP II)）（n > 1000）相比穩(wěn)定，后者的水溶性非常低（0.1 g/100 mL）[ 137 , 145 ]。已知 APP 是非揮發(fā)性和穩(wěn)定的化合物。在高于 300 °C 的溫度下，長鏈 APP 開始分解為多磷酸和 NH 3，而短鏈 APP 在 150 °C 以上的溫度下開始分解 [ 146 , 147 ]。因此，使 APP 的結(jié)晶形式與聚合物分解溫度相匹配是至關(guān)重要的。
眾所周知，將 APP 加入含氧或含氮聚合物（聚酰胺、聚酯和聚氨酯）會導(dǎo)致聚合物炭化[ 60、148、149 ]。APP 的熱脫水基本上會產(chǎn)生游離的酸性羥基 (-OH)，它們會縮合形成交聯(lián)的超磷酸鹽和具有高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)的多磷酸 [ 117 ]。多磷酸可與含氧或含氮聚合物反應(yīng)，從而催化脫水反應(yīng)并導(dǎo)致炭的形成 [ 131 , 150]。APP的效率還取決于其融入程度。APP在低濃度下對脂肪族聚酰胺無效；然而，在高濃度下（聚酰胺 6,6 中 >10%；聚酰胺 6、-10、-11、-12 中 >20%；聚酰胺 6 中 >30%），它變得非常有效 [ 151 ] .
7.1.2. 季戊四醇磷酸醇季戊四醇長期以來一直用作阻燃劑配方中的炭化劑 [ 152 ]。然而，其有利的低成本被其不利的高水平水溶性所抵消。對于阻燃涂料中的有效膨脹體系，所使用的添加劑必須是水不溶性、熱穩(wěn)定和非鹵化的 [ 153 ]。因此，富磷季戊四醇（磷酸季戊四醇（PEPA））衍生物的產(chǎn)生可以使一種專門用于聚丙烯的膨脹型阻燃劑獲得成功。事實(shí)上，PEPA 的碳酸酯和膦酸酯衍生物是較佳聚丙烯膨脹型阻燃劑的有希望的組分。
當(dāng) PEPA 同時(shí)用作碳源和酸源時(shí)，已發(fā)現(xiàn)膨脹型阻燃體系表現(xiàn)出優(yōu)異的成炭能力和熱穩(wěn)定性[ 154、155、156 ]。例如，PEPA/三聚氰胺混合物的熱分解行為可以達(dá)到最大的阻燃效果，并且在聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT) 中具有顯著的效果 [ 157]。此外，某些 PEPA 衍生物中的含硫籠狀磷酸酯在聚丙烯中也表現(xiàn)出驚人的阻燃性。除此之外，對苯二酚具有賦予羥基 (-OH) 的活性末端官能團(tuán)的能力，可參與 PEPA 衍生物的形成。對苯二酚中的苯基團(tuán)可以顯著提高炭化劑的碳含量[ 158 ]。因此，碳和磷含量的增加直接降低了立體阻礙效應(yīng)，從而提高了對火焰蔓延的抑制作用，這決定了膨脹型阻燃涂料系統(tǒng)是勝任的[ 159 , 160 ]。
7.1.3. 三聚氰胺三聚氰胺（MEL）系阻燃劑在阻燃劑市場中規(guī)模雖小，但規(guī)模迅速擴(kuò)大。與傳統(tǒng)的阻燃劑相比，這些產(chǎn)品有幾個(gè)好處，包括低毒性和煙霧密度 [ 161 ]、成本效益 [ 148 ]、環(huán)境安全 [ 58 ] 和耐腐蝕性 [ 148 ]]。因此，當(dāng)用作制造阻燃涂料的添加劑時(shí)，MEL 可提供出色的保護(hù)，尤其是膨脹型涂料。在該系列非鹵化 MEL 阻燃劑中可以區(qū)分三個(gè)化學(xué)基團(tuán)：(i) 完全純的 MEL，(ii) MEL 衍生物（與有機(jī)或無機(jī)酸形成的鹽，例如磷酸、硼酸、氰尿酸、焦磷酸/多磷酸) 和 (iii) MEL 同系物（melam、melem、melon）[ 162 ]。
由于能夠采用多種阻燃作用模式，MEL 基阻燃劑基本上表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性能和使用中的多功能性 [ 163 ]。通常，基于 MEL 的阻燃劑通過干擾啟動或維持燃燒的三種成分之一來發(fā)揮作用：熱量、燃料和氧氣 [ 148 , 164 ]。事實(shí)上，MEL 有能力在所有階段干擾火焰過程，通過在 MEL 本身吸熱升華之前通過吸熱解離產(chǎn)生散熱器來延遲點(diǎn)火 [ 165 ]。此外，隨后 MEL 蒸氣的分解會產(chǎn)生更大的散熱效果 [ 166 ]。
除此之外，MEL 在膨脹過程中也可以在炭層的形成中發(fā)揮重要作用。MEL 自縮合過程中形成的多環(huán)結(jié)構(gòu)提高了炭的穩(wěn)定性 [ 167 ]。MEL 還可以作為炭的發(fā)泡劑，提高炭層的隔熱功能 [ 168 ]。此外，基于 MEL 的阻燃劑目前主要用于膨脹型涂料、軟質(zhì)聚氨酯泡沫、聚酰胺和熱塑性聚氨酯 [ 169 ]。由于在聚烯烴和熱塑性聚酯方向上的持續(xù)研究和應(yīng)用開發(fā)工作，相信基于 MEL 的阻燃劑市場在不久的將來會擴(kuò)大 [ 170 , 171 ]。
7.1.4。硼酸/硼酸鹽硼酸是一種天然存在的化合物，由氫、氧和硼組成。它可以天然存在于幾乎所有水果和蔬菜中，以及一些堅(jiān)果和谷物中，也可以從地下開采 [ 172 , 173 ]。一般來說，硼酸是化學(xué)阻燃劑的無害替代品，已被廣泛研究并一致認(rèn)為對動物和人類均具有低毒性，并被美國環(huán)保署列為非致癌物 [ 174 ]。
基本上，硼酸，也稱為硼酸鹽，以多種方式作為阻燃劑，包括防止火焰燃燒、促進(jìn)炭的形成以及抑制陰燃、發(fā)光和煙霧 [ 43 , 175 ]。此外，硼酸會釋放水來幫助滅火；除此之外，由于硼的存在，它在纖維素表面具有成炭價(jià)值[ 176 ]。另一方面，在中和酸性材料時(shí)，硼酸作為緩沖劑，它可以通過作為防腐劑來保護(hù)纖維素材料中的金屬 [ 177 ]，防止火焰燃燒 [ 178 ]，并促進(jìn)炭的形成 [ 179 ]]，如果與其他阻燃劑結(jié)合使用，則具有協(xié)同作用[ 180 , 181 ]。
