---贸易策略、法规压力以及消防安全性能的期望，正在改变塑料领域防火安全的方法。

在火灾频发或存在特殊安全隐患的应用场景中，工程聚合物复合材料被设计用来减缓火势蔓延。如今，电力基础设施需求的增长，以及电动汽

车和其他交通工具的普及，进一步提升了对阻燃配方的需求。

卤系化合物在多种应用中都能以相对较低的添加量提供阻燃性能。这些阻燃剂在气相中发挥作用，中断燃烧过程。

燃烧需要热源、燃料和氧气，并通过自由基反应进行传播。自由基（例如羟基自由基HO·）至少有一个未成对的价电子，因此具有极高的反应

活性。当暴露于热源时，卤系阻燃剂会释放卤素自由基（通常是溴或氯），这些自由基充当了清除剂的角色：它们与自由基结合并将其中和，

否则这些自由基会帮助分解燃料分子，从而抑制燃烧并减缓反应速率。

为了提高卤系阻燃剂的效果，会添加三氧化二锑。三氧化二锑与卤素自由基反应生成卤化锑和卤氧化锑，这些挥发性化学物质是更有效的清

除剂。因此，三氧化二锑被称为阻燃增效剂：它通过剥夺燃烧反应中最有效的燃料，增强了阻燃剂中断燃烧反应的能力，从而允许使用较低剂

量的卤系阻燃剂。

卤-锑体系高效且有效地将聚烯烃等通用聚合物（否则它们是很好的燃料）转化为安全的材料。但多年来，卤系化合物在塑料中的使用一直受

到质疑，市场力量也日益推动用户寻求替代品。

一些卤系阻燃剂因健康和环境问题已被禁止或限制使用。例如，过去广泛使用的阻燃剂十溴二苯醚因此在美国被逐步淘汰。在欧盟，更广泛的

多溴二苯醚类别已被禁止。其他溴化化合物，如六溴环十二烷，也受到了法规的管制。在某种程度上，这些监管方法反映了美国和欧盟在废物

管理上的关键差异。例如，美国市政当局将大部分废物填埋处理。而在欧盟，大部分废物被焚烧。塑料中的卤系化合物在焚烧过程中可能产

生二噁英，这些物质毒性极高且具有生物累积性。随着这些溴化阻燃剂被逐步淘汰，制造商可以选择使用其他溴化阻燃剂，或转向非卤系阻燃剂。

这些受限制的化合物仍有卤系替代品可用，但法规已促使行业长期、缓慢地向非卤系产品迁移。

增效剂三氧化二锑的使用也受到了审查，因为它被国际癌症研究机构归类为可能致癌物。虽然它尚未被禁止，但在某些司法管辖区需要进行危

害标签标识。然而，三氧化二锑面临的紧迫问题并非被弃用，而是恰恰相反。向非卤系解决方案的长期缓慢迁移进程，因贸易中断而骤然加速。

锑来源于采矿，以辉锑矿形式天然存在。中国无疑是全球最大的供应国，尽管近年来其产量有所放缓。除了阻燃剂，三氧化二锑还用于太阳能

电池板的玻璃、铅酸电池以及作为聚合物生产的催化剂。它也用于制造武器。美国本土不生产锑。美国政府已投资于爱达荷州的一座矿山，但

该矿预计要到2028年才能投产。三氧化二锑的价格在2024年已然攀升，当时中国禁止了向美国出口。该禁令后来被解除，近几个月价格有所

下降，但根据上海金属市场的数据，价格仍处于高位，约为每磅20美元，而2024年为每磅10-12美元。2025年中的价格峰值以及未来供应的不

确定性，引发了对能够部分或完全替代三氧化二锑的替代品的争相寻找。

没有通用的解决方案

代顿大学研究所（University of Dayton Research Institute -- UDRI）的亚历克斯·摩根博士进行防火安全测试，帮助制造商找到适合他们的产

品。"阻燃剂并非在所有塑料、所有应用中都能同样有效地发挥作用。用于电线电缆应用中聚乙烯的阻燃剂，与用于建筑材料中聚氨酯基粘合

剂的阻燃剂是不同的，"摩根说。"很少有可以直接替代的解决方案，因此必须仔细规划。鉴于正在发生的变化之多，人们都在争先恐后地寻找

阻燃解决方案。"

磷系阻燃剂

对于希望做出改变的制造商来说，磷系添加剂是可用的工具之一。在含氧塑料（如聚酯）中，它们能加速交联和脱水反应，在材料表面形成

一层保护性炭层，起到隔离火源与剩余塑料的屏障作用。脱水过程还有一个额外的好处，即产生水蒸气，稀释可燃蒸汽。一些磷系添加剂还

可以释放作为自由基清除剂的分子。这些离子（如PO·和POH·）与H·和OH·反应形成更稳定的自由基，从而在气相中抑制燃烧反应。

科莱恩的Exolit产品就是用于聚酰胺、聚酯和聚氨酯的磷系阻燃剂的例子。

氮系阻燃剂

当受热时，氮系阻燃剂会分解，释放出不可燃气体（氨气、氮气、水蒸气）。这些气体会稀释火焰周围的氧气和挥发性燃料的浓度。它们还能

促进炭层的形成，并常与磷系阻燃剂结合使用。在这些配方中，氮可以起到膨胀型阻燃剂的作用，作为一种发泡剂，将炭层膨胀成绝热屏障。

膨胀型组合可以作为涂料涂覆在表面，或在加工温度允许的情况下混入塑料中。

氰尿酸三聚氰胺（Melamine cyanurate -- MCA）已被用于尼龙中以达到V-0级阻燃等级。例如，来自添加剂供应商CAI Additives的MCAH产品。

与其它MCA产品相比，该产品配方旨在实现更低的添加量和更强的机械性能。

无机金属氢氧化物

氢氧化铝和氢氧化镁等金属氢氧化物用于聚烯烃和弹性体。当这些化学品开始分解时，它们发生吸热反应，释放出水蒸气并冷却塑料。水蒸

气还会稀释周围空气中的氧气，剩余的氧化物则形成一层保护层。其添加量非常高，可高达70%，从而取代了相当数量的可燃聚合物。然而，

如此高的填充量会影响材料的机械性能和加工性能。这可以通过添加增效剂来缓解。

Kisuma公司在2025年K展上推出了一款用于聚烯烃、EVA和尼龙复合材料的氢氧化镁产品Kisuma X。据该公司称，这种配方所需的添加量远

低于此类阻燃剂的通常要求。

本身阻燃的聚合物

另一条路径是转向本身不易燃的替代基材。这需要付出成本，因为聚醚酰亚胺等本质阻燃材料比通用树脂昂贵得多。传统阻燃剂的成本波动可

能会影响这种经济权衡。

据材料供应商Formerra（同时供应阻燃聚合物复合材料和添加剂）称，一些聚合物由于其化学结构而本身阻燃，这可能包括刚性芳环、极性

基团或直接结合到分子主链中的阻燃元素（如磷、硼或氮）。这些特性通过形成保护性炭层、释放抑燃气体或具有高分解温度，帮助聚合物抵

抗火焰。根据应用要求，这些材料可能几乎不需要或完全不需要额外的阻燃剂。

超越填料：矿物添加剂的角色

过去，在配方中添加矿物仅仅是为了降低成本，但它们可以提供结构性、美观性和阻燃性。通过调整矿物填料的化学性质、形态和纯度，可

以提供定制化的益处，包括阻燃增效作用。Imerys公司将这种方法称为"工程化矿物解决方案"。该公司提供云母、硅藻土和高岭土等矿物作

为添加剂，以提高卤系或非卤系阻燃剂的效果。

"在我们的实验中，我们研究了各种聚合物体系和不同的阻燃化学物质，数据表明，我们能够在不增加阻燃剂用量的同时，提高阻燃等级，

"Imerys公司的技术总监Maz Bolourchi说。

在膨胀型阻燃体系中，物质从材料中逸出会在炭层中产生不稳定的空隙。据Bolourchi介绍，引入矿物可以通过起到增强作用来改善这一问题。

这些产品的温室气体排放足迹低于它们所替代的聚合物，因为它们不需要在高温下加工。

CAI Additives公司分销硅基添加剂，这些添加剂可与卤系阻燃剂协同作用以减少或替代三氧化二锑，也可与非卤系阻燃剂（如用于聚丙烯和尼

龙的基于焦磷酸哌嗪的阻燃剂）协同作用。

"摆脱传统的、含高剂量锑的卤系阻燃剂体系是结构性的转变。这一转变正在发生，我们正朝着这个方向前进，"CAI Additives销售总监

Richard Marshall说。马歇尔继续解释说，这种转变需要时间，而经济因素可能会限制更昂贵的非卤系方案的采用。"我无法预测这个转变点何

时到来，"马歇尔说。

标准化测试确保性能满足应用需求

标准化测试确保无论阻燃配方如何实现其性能，其性能都能被理解且适合应用。获得ISO 9001质量体系认证的代顿大学研究所测试实验室，

进行UL 94火焰测试、锥形量热法和火焰蔓延测试。UL 94是由UL Solutions发布的广泛认可的标准。它根据结果建立了测试程序和分类，将材

料的阻燃性评定为HB、V-2、V-1、V-0、5VB或5VA等级。摩根指出，只有UL自身可以官方认证测试结果，但他的实验室可以进行正确的测试

程序，并就现有哪种化学体系可能合适，或为何某种材料可能无法通过某项特定测试提供指导。

测试结果描述了样品燃烧的时间、火焰蔓延的距离、材料是否变形或滴落，以及产生的烟雾量。实验室规模的测试可以为全尺寸最终测试的成

功铺平道路。

材料必须达到何种性能等级的要求，取决于产品的应用领域。"你销售的市场将决定你需要满足的测试标准，"摩根说。"如果我销售给航空航

天领域，我必须满足联邦航空法规。如果销售给公共交通或海事领域，我可能需要满足NFPA 130或《国际海上人命安全公约》的规范。"

对于制造商而言，成本效益分析包括切换和重新认证的成本、可能价格更高的添加剂、供应可获得性和贸易关系波动，以及在各个监管辖区

都能被接受的稳定配方的需求。他们最终在各种选项及其共混物中如何选择，将取决于产品应用、所涉及的聚合物以及可用的增效剂。