????? 在高分子材料的阻燃改性工作中，我們經(jīng)常聽到人們說白磷、黃磷和紅磷。從它們的名字，我們可以看出它們是不同顏色的磷。然而，白磷和黃磷是指一種物質(zhì)。黃磷是由白磷的部分氧化形成的黃色蠟狀固體。從化學(xué)上講，白磷和紅磷屬于同素異形體，就像鉆石和石墨一樣，屬于同一元素的不同單質(zhì)。

一、紅磷阻燃劑的結(jié)構(gòu)性能和阻燃性能

1.1 紅磷阻燃劑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

????? 化學(xué)結(jié)構(gòu)決定性能。由于紅磷和白磷的結(jié)構(gòu)不同，它們的性質(zhì)也不同。紅磷在空氣中穩(wěn)定，白磷在空氣中自燃；紅磷基本無毒，白磷毒性高；紅磷可作為阻燃劑，可使用白磷助燃劑。從結(jié)構(gòu)組成來看，白磷是由P4分子組成的，分子中的磷原子是四面體結(jié)構(gòu)，紅磷也是由P4分子組成的，但其組成分子的鍵斷裂聚合形成高分子結(jié)構(gòu)，因此紅磷是一種無機(jī)高分子物質(zhì)。其分子式為（P4）n（n為聚合度）。注：白磷與空氣隔離加熱時(shí)會(huì)生成紅磷。

???? 紅磷（Rp）或赤磷是一種紅色至深紫色的紅色粉末，不溶于水、稀酸和多種有機(jī)溶劑，但微溶于無水乙醇、三溴化磷和氫氧化鈉水溶液。當(dāng)紅磷在空氣中加熱到200℃時(shí)，紅磷燃燒生成P2O5。此外，紅磷在氯中加熱時(shí)也會(huì)燃燒。由于紅磷中的磷是低價(jià)態(tài)（零價(jià)），當(dāng)與KClO3、KMnO4、過氧化物和其他強(qiáng)氧化劑混合時(shí)，如果條件合適，可能會(huì)發(fā)生爆炸。

1.2. 紅磷阻燃劑的阻燃性能

???? 紅磷阻燃劑是磷系阻燃劑中含磷量最高的阻燃劑。它的防止火災(zāi)方面工作成績顯著，種類繁多。按其功能成分可分為鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑等。磷系阻燃劑應(yīng)用廣泛，僅次于鹵系阻燃劑。隨著人們對(duì)鹵系列阻燃劑的指責(zé)與質(zhì)疑，以及阻燃劑壟斷公司的價(jià)格問題，磷系阻燃劑越來越受到青睞。紅磷作為一種磷系阻燃劑，由于只含磷，所以其阻燃效果優(yōu)于其他磷系阻燃劑，即便在添加量很低的情況下阻燃效果依然非常好。甚至在某些情況下，紅磷的阻燃性能甚至優(yōu)于鹵系阻燃劑。

??? 另外，據(jù)報(bào)道，對(duì)于pet（聚對(duì)苯二甲酸乙二酯）的阻燃劑，沒有磷系阻燃劑可以與紅磷相匹敵。對(duì)于基材，添加的阻燃劑畢竟是一種異物。如果兩邊相容性差，很容易破壞基材本身的優(yōu)良性能。紅磷用量少，能達(dá)到所要求的阻燃性能，使原本性能優(yōu)異的阻燃基材更容易保持。此外，紅磷熔點(diǎn)高，溶解性差，與其他阻燃劑相比，有利于保持聚合物的某些物理性能。最后，紅磷煙度小，毒性低，應(yīng)用范圍廣，可單獨(dú)使用或與其他阻燃劑共用。廣泛應(yīng)用于阻燃聚烯烴、聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、尼龍、聚碳酸酯、聚甲醛、環(huán)氧樹脂、橡膠、紡織品等領(lǐng)域。

二、紅磷阻燃劑的阻燃原理

然而，在樹脂中，紅磷和其他含磷添加劑不是簡單地氧化。含磷添加劑主要作用于凝聚相，其阻燃機(jī)理如下：

2.1、形成以磷酸或聚磷酸鹽為脫水劑，在燃燒室表面形成高粘度的熔融玻璃和致密的碳化層。碳的形成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導(dǎo)。

2.2、磷酸能吸收熱量，因?yàn)樗乐笴O氧化成CO2，并減少加熱過程。

發(fā)生了以下變化：磷阻燃劑→磷酸偏→磷酸→多磷酸。多磷酸是一種穩(wěn)定的化合物，不易揮發(fā)，脫水性強(qiáng)。聚合物表面使聚合物與空氣分離，分離出的水吸收大量熱量，通過熱分解使聚合物表面阻燃劑釋放出揮發(fā)性磷化物。質(zhì)譜分析表明，氫原子濃度大大降低，結(jié)果表明，紅磷分解的Po·，HPO·自由基，捕獲了聚合物燃燒過程中產(chǎn)生的H·，Ho·自由基，即Po·+H·=HPO。

2.3、為凝聚相形成薄玻璃狀或液體保護(hù)層，從而減少氧的擴(kuò)散和氣相和固相之間的熱傳遞，抑制碳氧化的過程，并減少含磷阻燃劑的熱分解。

磷系阻燃劑的阻燃機(jī)理取決于阻燃劑和燃燒物的結(jié)構(gòu)。

2.4、紅磷微膠囊阻燃機(jī)理研究

在聚合物中添加包覆紅磷的阻燃機(jī)理是：燃燒時(shí)形成磷酸衍生物，起到熱吸附劑的作用，阻礙進(jìn)一步燃燒；保留自由基，提高熱穩(wěn)定性；與氧反應(yīng)形成磷氧基，繼續(xù)反應(yīng)與聚合物形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，得到磷氧交聯(lián)碳化層；環(huán)氧在環(huán)境中反應(yīng)生成具有較強(qiáng)吸濕性的含氧磷酸鹽，可降低燃燒聚合物的表面溫度，促進(jìn)聚合物的表面濕度，使聚合物表面碳化聚合物的。

紅磷的阻燃機(jī)理一般認(rèn)為是在凝聚相進(jìn)行的。當(dāng)加入紅磷阻燃劑的聚合物燃燒時(shí)，首先將紅磷氧化生成磷酸，然后將磷酸進(jìn)一步脫水生成偏磷酸和聚偏磷酸，從而在聚合物表面形成一層不可燃的液體保護(hù)膜；同時(shí)，由于偏磷酸和多聚磷酸的強(qiáng)脫水作用，促使聚合物在材料表面脫水碳化，形成致密的碳化層。一方面，液膜和炭化層具有隔熱、阻氧的特性，另一方面，有效防止聚合物高溫分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w擴(kuò)散，從而抑制材料燃燒，達(dá)到阻燃的目的。與其它添加磷系阻燃劑相比，紅磷的含磷量較高。因此，為了達(dá)到相同的阻燃等級(jí)，紅磷的加入量要比其他阻燃劑少，且與紅磷的聚合物具有較好的物理力學(xué)性能。

三、紅磷阻燃劑的發(fā)展趨勢(shì)

3.1、包覆技術(shù)

目前，國內(nèi)外對(duì)紅磷微膠囊的包覆技術(shù)進(jìn)行了一些初步的研究，但還不夠系統(tǒng)和深入。因此，有必要對(duì)包覆材料、囊心處理、包覆方法、包覆方式、包覆條件、包覆工藝、包覆結(jié)果和效果（如膜結(jié)構(gòu)、膜厚度、粒徑和粒徑分布、白度、團(tuán)聚等）進(jìn)行選擇和改性，為了獲得更好的阻燃性能，對(duì)其與基體的相進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。

3.2、抑煙消煙

微膠囊紅磷阻燃劑具有一定的抑煙消煙作用，但其抑煙消煙性能仍有待進(jìn)一步提高。最有效的方法可能是找到合適的抑煙劑或基材與之有效混合。

3.3、多功能性

增塑劑是一種用量最大的塑料助劑。未來紅磷微膠囊阻燃劑的發(fā)展方向之一是對(duì)膠囊材料進(jìn)行改性（包括接枝、共聚、表面再處理等），使其兼具增塑和阻燃的功能。此外，還可以具有熱穩(wěn)定性和阻燃性的功能，從而開發(fā)出多功能微囊化紅磷阻燃劑產(chǎn)品，從而減少材料中塑料添加劑的用量，優(yōu)化添加劑的結(jié)構(gòu)，提高材料的力學(xué)性能。