????? 在高分子材料的阻燃改性工作中，我們經常聽到人們說白磷、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。黃磷是由白磷的部分氧化形成的黃色蠟狀固體。從化學上講，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。

一、紅磷阻燃劑的結構性能和阻燃性能

1.1 紅磷阻燃劑的結構性質

????? 化學結構決定性能。由于紅磷和白磷的結構不同，它們的性質也不同。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。從結構組成來看，白磷是由P4分子組成的，分子中的磷原子是四面體結構，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構，因此紅磷是一種無機高分子物質。其分子式為（P4）n（n為聚合度）。注：白磷與空氣隔離加熱時會生成紅磷。

???? 紅磷（Rp）或赤磷是一種紅色至深紫色的紅色粉末，不溶于水、稀酸和多種有機溶劑，但微溶于無水乙醇、三溴化磷和氫氧化鈉水溶液。當紅磷在空氣中加熱到200℃時，紅磷燃燒生成P2O5。此外，紅磷在氯中加熱時也會燃燒。由于紅磷中的磷是低價態(tài)（零價），當與KClO3、KMnO4、過氧化物和其他強氧化劑混合時，如果條件合適，可能會發(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。磷系阻燃劑應用廣泛，僅次于鹵系阻燃劑。隨著人們對鹵系列阻燃劑的指責與質疑，以及阻燃劑壟斷公司的價格問題，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，據報道，對于pet（聚對苯二甲酸乙二酯）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，應用范圍廣，可單獨使用或與其他阻燃劑共用。廣泛應用于阻燃聚烯烴、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。

2.2、磷酸能吸收熱量，因為它防止CO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。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。質譜分析表明，氫原子濃度大大降低，結果表明，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層，從而減少氧的擴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理取決于阻燃劑和燃燒物的結構。

2.4、紅磷微膠囊阻燃機理研究

在聚合物中添加包覆紅磷的阻燃機理是：燃燒時形成磷酸衍生物，起到熱吸附劑的作用，阻礙進一步燃燒；保留自由基，提高熱穩(wěn)定性；與氧反應形成磷氧基，繼續(xù)反應與聚合物形成交聯(lián)結構，得到磷氧交聯(lián)碳化層；環(huán)氧在環(huán)境中反應生成具有較強吸濕性的含氧磷酸鹽，可降低燃燒聚合物的表面溫度，促進聚合物的表面濕度，使聚合物表面碳化聚合物的。

紅磷的阻燃機理一般認為是在凝聚相進行的。當加入紅磷阻燃劑的聚合物燃燒時，首先將紅磷氧化生成磷酸，然后將磷酸進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膜；同時，由于偏磷酸和多聚磷酸的強脫水作用，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生的可燃氣體擴散，從而抑制材料燃燒，達到阻燃的目的。與其它添加磷系阻燃劑相比，紅磷的含磷量較高。因此，為了達到相同的阻燃等級，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性能。

三、紅磷阻燃劑的發(fā)展趨勢

3.1、包覆技術

目前，國內外對紅磷微膠囊的包覆技術進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、包覆結果和效果（如膜結構、膜厚度、粒徑和粒徑分布、白度、團聚等）進行選擇和改性，為了獲得更好的阻燃性能，對其與基體的相進行了較為系統(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)展方向之一是對膠囊材料進行改性（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品，從而減少材料中塑料添加劑的用量，優(yōu)化添加劑的結構，提高材料的力學性能。