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阻燃機理

PLA燃燒形式主要有蒸發燃燒、熱分解燃燒、陰燃，其依次經歷受熱分解、點燃起火、充分燃燒、火焰傳播4個過程，分別對應于PLA基體材料未反應層、降解區域、殘炭區域和氣相區域的4個不同區域。由此可知，熱源、氧氣、可燃物（“火三角”） 是維持燃燒的三個必備要素，只要破壞其中任意一個即可達到阻燃目的，一般可以通過凝聚相（吸熱冷卻、隔離屏蔽等） 與氣相（稀釋可燃氣體、捕捉自由基等）機理達到阻燃改性效果。PLA的常用阻燃劑種類如下：

鹵素阻燃劑

鹵素阻燃劑指的是含鹵素元素（尤其是含氯或溴元素） 的阻燃劑，如氯化石蠟、十溴二苯醚、四溴雙酚A、六溴環十二烷等，常與三氧化二銻協效劑共同使用，增強阻燃效果。鹵素阻燃劑以氣相阻燃機理為主，其在高溫燃燒時產生的鹵化氫可有效捕捉PLA燃燒產生的高活性自由基（·H和·OH），生成低活性的鹵化自由基，減緩甚至終止燃燒反應。此外，鹵素有利于PLA生成焦炭殘留物，形成致密炭層保護PLA基體材料。缺點是：含鹵阻燃劑阻燃的PLA 材料在燃燒時生成大量的煙而且會產生腐蝕性的氣體對環境有很大的害處。

磷系阻燃劑

磷系阻燃劑指的是含磷元素的阻燃劑，具有低毒低煙、高效環保等優點。按其組分可分為無機、有機磷系阻燃劑兩大類，無機磷系阻燃劑主要有紅磷、磷酸鹽以及聚磷酸鹽等，有機磷阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、磷雜環化合物等。其中，9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(DOPO) 及其衍生物由于具有高含磷量（14.58%），被廣泛應用于PLA及其他高分子材料阻燃改性領域。

氮系阻燃劑

氮系阻燃劑指的是含氮元素的阻燃劑，具有綠色低毒、穩定性高、抑煙效果好等優點，常用氮系阻燃劑包括三聚氰胺及其鹽（三聚氰胺氰尿酸鹽、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺焦磷酸鹽）、雙氰胺和磷酸胍鹽等三嗪類化合物。一方面氮系阻燃劑在燃燒時分解產生氮氧化物、二氧化碳與水蒸氣等惰性氣體，可顯著降低材料表面揮發性可燃物濃度；另一方面，阻燃劑在分解過程中從PLA基體中吸收熱量，使材料溫度大幅下降，從而達到材料阻燃效果。

硅系阻燃劑

添加少量的含硅化合物不僅能提高材料的熱穩定性． 而且能改善其阻燃性能． 其阻燃機理被認為是本質結構增強了炭層的阻隔性能。硅系阻燃劑包括二氧化硅、層狀硅酸鹽等無機硅和硅烷、硅氧烷等有機硅阻燃劑。硅系阻燃劑具有熱釋放速率小，產煙量低、火焰傳描速度慢等優點，不過價格普遍比較昂貴。

膨脹型阻燃劑

膨脹型阻燃劑指的是以磷、氮、碳三種元素為核心組分的阻燃劑，通常由碳源（成炭劑，一般由富含碳元素的多羥基物質組成，如天然高分子木質素、殼聚糖、纖維素、環糊精、淀粉以及季戊四醇等）、酸源（脫水劑，一般由呈酸性物質組成，如聚磷酸銨、無機酸等）、氣源（膨脹劑，一般由含氮的三嗪類化合物組成，如三聚氰胺、雙氰胺等） 三部分組成，具有綠色環保、低煙低毒、性價比高等優點。膨脹型阻燃體系相對于含鹵阻燃體系而言燃燒時不會生成腐蝕性氣體和大量的煙。

對于復配膨脹型阻燃劑， 聚磷酸銨(APP) 是常用的酸源，但其存在著易潮解的缺陷導致性能受損。為避免上述問題，有學者采用聚氨酯對APP進行微膠囊處理(MCAPP)，并與三聚氰胺(MA)、淀粉共同組成復配膨脹型阻燃劑用于PLA阻燃改性。復配膨脹型阻燃劑對PLA具有良好的阻燃效果且易于工業化生產推廣，但存在著添加量過大(一般大于20%)、阻燃效率低、相容性差等問題，嚴重地破壞了PLA材料綜合性能，導致所得制品應用領域受限，因此高效單組分膨脹型阻燃劑成為新的研發方向。

無機阻燃劑

無機阻燃劑指的是以無機納米材料為主的阻燃劑，包括金屬氫氧化物（氫氧化鎂、氫氧化鋁、氫氧化鋅等）、碳納米材料（碳黑、碳納米管、石墨烯）等。該類阻燃劑具有綠色環保、無毒穩定、成本低廉等優點，其阻燃作用兼具凝聚相與氣相阻燃機理。氣相機理：無機阻燃劑高溫燃燒時會失去結合水并生成水蒸氣等惰性氣體，可有效稀釋材料表面揮發性可燃物濃度。凝聚相機理：無機阻燃劑燃燒時可從基體材料吸收熱量，顯著降低材料表面溫度。

注：文本素材來源于網絡

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