含溴阻燃剂已发展成具有本身独特性能和用途的系列产品。很多PE阻燃母粒,PA6阻燃剂等配方中通常会添加溴锑阻燃元素。在塑料方面具有重要工业价值的含溴阻燃剂有:十溴二苯醚(DBDPO/DECA),四溴双酚A(TBBA),八溴醚(BDDP),十溴二苯乙烷(DBDPE),六溴环十二烷(HBCD),溴化聚苯乙烯(BPS)等。溴系阻燃剂阻燃性能高,添加量相对少,对制品加工及应用特性影响小,已广泛应用于塑料、化纤、建筑、交通、电器等方面。
此类阻燃剂的作用是通过破坏物质燃烧的必要条件来实现的。聚合物燃烧时,不断产生活性自由基HO和H,并释放出大量热,导致燃烧继续扩大。要阻止继续燃烧,一方面要设法降低HO'和H'自由基的浓度,另一方面要使燃烧点能与外界空气隔绝。而溴系阻燃剂就具有完成上述使命的特性,因为含溴阻燃剂在火焰中受热分解,放出自由原子或自由基Br。如:BrF3 -àCF3 + Br’,Br'自由基与燃烧物产生的H’自由基作用会生成溴化氢,溴化氢又与反应活性很强的HO”自由基作用,生成Br和H2O,进而降低了燃烧时物质的HO和H'的浓度,如:
Br'+H'-→HBr
HBr+HO →H2O+ Br
Br' +HR →HBr+R
若把上述的几步反应相加,那么总的反应是:Br+HO+H‘+HR→HBr+H2O+R
经上述的反应,既消耗了HO+H的自由基,而生成的Br和HBr,又可循环作用进一步消耗HO 和H自由基,使燃烧物的反应活性削弱,抑制燃烧进程,起到阻燃的效果。溴系阻燃剂,在阻燃过程中生成的HBr比空气重,在燃烧物周围形成一层隔离层,有利于隔绝热量和空气中的氧进一步作用。由于减低了燃烧物与外界的接触,有利于促进燃烧点的炭化作用。
上述的机理告诉我们,Br自由基成了燃烧连锁反应的“负催化剂”。卤素阻燃剂其耐火效应是按碘、溴、氯、氟的顺序降低的,但实际上碘化物十分不稳定,在塑料加工温度下早已降解,故无实用价值。氟与氯的阻燃效果均不如溴,因为溴分子的体积和摩尔质量较大,溴的反应也较缓慢,溴碳键比其对应的氯碳键弱,受热易解聚,因此,溴阻燃剂在化学取代反应中活性强,而且生成物活性也强,其阻燃效能比同等用量的氯化物阻燃剂高2.5~4倍。虽然对溴化合物燃烧后的毒性问题争论激烈,但相对而言毒性较低,并且在环境中很少残留,这些优点使含溴化合物的阻燃剂成为用途最广的一类阻燃剂。
卤素阻燃剂和锑的氧化物或锌的氧化物并用效果更好,因为Sb2O2+6RX—→2SbX3+3R2O,如果是SbCl3沸点为223℃,如果生成SbBr3,沸点为288℃,在燃烧的温度下卤化锑会变成气体,可吸收热量抑制了燃烧的蔓延。同时起到隔绝空气的作用,促进炭化反应。像PVC树脂中本身含有卤素,加入锑或锌的氧化物也能起到更好的阻燃效果。此外卤素阻燃剂与含磷阻燃剂组合使用也有增强阻燃的效果。含溴的无机阻燃剂较少,只有溴化铵等少数品种,溴化铵有较高的阻燃效果。原因在于分解出的氨增加了周围气相中的不燃气体的比例,因此也得到较多应用。