聚磷酸铵阻燃应用研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0442

摘要/Abstract

摘要：

聚磷酸铵（APP）凭借其无毒、无卤、抑烟、阻燃效果好、环境友好等特点，被广泛应用于聚丙烯、聚氨酯、环氧树脂等聚合物阻燃领域。然而，APP存在吸湿性强、添加量高、分散性差、与聚合物相容性差等缺点，限制了其进一步发展。针对上述问题，对聚磷酸铵的阻燃机理及应用进行了系统综述，并总结了相关的解决方法。首先简单介绍了APP的物化性质及阻燃机理；然后梳理了近年来国内外APP阻燃剂的研究进展，详细介绍了单独阻燃、复配阻燃、微胶囊化包覆、化学改性和纳米复配等不同阻燃方式的阻燃效果，并归纳总结了不同阻燃方式的优缺点；最后讨论了APP在聚合物阻燃研究中存在的主要问题，并展望了其未来的发展方向。

关键词: 聚磷酸铵, 阻燃机理, 阻燃方式, 阻燃应用, 无卤阻燃, 聚合物

Abstract:

Ammonium polyphosphate（APP） is widely used in polypropylene，polyurethane，epoxy and other polymers in the field of flame retardant because of its non-toxic，halogen free，smoke suppression，flame retardant effect and environmental friendliness.However，strong moisture absorption，high addition amount，poor dispersibility and limited compatibility with polymers are the drawbacks that hinder the further development of APP.In view of the above problems，the flame retardant mechanism and application of ammonium polyphosphate was systematically reviewed，and the relevant solutions were summarized.Firstly，The physical and chemical properties and flame retardant mechanism of APP were briefly introduces.Secondly，the research progress of APP flame retardants at home and abroad in recent years was reviewed，and the flame retardancy effects of different flame retardants such as single flame retardancy，com-pound flame retardancy，microencapsulated coating，chemical modification and nano compound flame retardancy were introduced in detail，and the advantages and disadvantages of different flame retardancy methods were summarized.Finally，the APP exist problems in the research of polymer flame retardant were discussed，and its development direction in the future was prospected.

Key words: ammonium polyphosphate, flame retardant mechanism, flame retardant method, flame retardant application, halogen-free flame retardancy, polymer

中图分类号:

TQ314

李永翔, 杨晓龙, 陆忠海, 马航, 万邦隆, 李云东. 聚磷酸铵阻燃应用研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 20-30.

LI Yongxiang, YANG Xiaolong, LU Zhonghai, MA Hang, WAN Banglong, LI Yundong. Research progress of flame retardant application of ammonium poly-phosphate[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(5): 20-30.

图/表 6

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表1

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图5

参考文献 52

1	JIANG Ziwei， LIU Gousheng.Microencapsulation of ammonium polyphosphate with melamine-formaldehyde-tris（2-hydroxyethyl）isocyanurate resin and its flame retardancy in polypropylene［J］.RSC Advances，2015，5（107）：88445-88455.
2	潘飞，马殿普，袁英杰等.羟基锡酸锌/MPP-PER协同阻燃聚丙烯的性能研究［J］.云南化工，2023，50（04）：27-30.
	PAN Fei， MA Dianpu， YUAN Yingjie，et al.Study on properties of zinc hydroxystannate/PP-PER synergetic flame retardant polypropylene［J］.Yunnan Chemical Technology，2023，50（04）：27-30.
3	王俊胜，刘丹，赵婧，等.含溴阻燃剂对聚苯乙烯泡沫材料性能的影响［J］.消防科学与技术，2023，42（1）：107-110.
	WANG Junsheng， LIU Dan， ZHAO Jing，et al.The effects of bromine flame retardants on the thermal stability and flame retardancy of polystyrene foam［J］.Fire Science and Technology，2023，42（1）：107-110.
4	DANG Li， TANG Delin， DU Xinliu，et al.Synergistic effects of magnesium oxysulte whisker and multiwalled carbon nanotube on flame retardancy，smoke suppression，and thermal properties of poly-propylene［J］.Journal of Applied Polymer Science，2020，137（40）：e49210.
5	刘畅，段尊斌，汪建南，等.新型无机磷基阻燃剂的研究进展［J］.无机盐工业，2022，54（11）：8-17.
	LIU Chang， DUAN Zunbin， WANG Jiannan，et al.Research progress on new inorganic phosphorus-based flame retardants［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（11）：8-17.
6	CAI Wei， WANG Bibo， WANG Xin，et al.Recent progress in two-dimensional nanomaterials following graphene for improving fire safety of polymer（nano）composites［J］.Chinese Journal of Polymer Science，2021，39（8）：935-956.
7	任新林.黑磷烯基复合材料的制备及阻燃性能研究［D］.昆明：昆明理工大学，2019.
	REN Xinlin.Study on preparation and flame retardant properties of black phosphorus olefin-based composites［D］.Kunming：Kunming University of Science and Technology，2019.
8	XU Sheng， LI Siyu， ZHANG Min，et al.Fabrication of green alginate-based and layered double hydroxides flame retardant for enhancing the fire retardancy properties of polypropylene［J］.Carbohydrate Polymers，2020，234：115891.
9	YU Shouwu， XIAO Shujuan， ZHAO Zewen，et al.Microencapsulated ammonium polyphosphate by polyurethane with segment of dipentaerythritol and its application in flame retardant polypropylene［J］.Chinese Journal of Chemical Engineering，2019，27（7）：1735-1743.
10	DING Siyin， LIU Peng， ZHANG Shimin，et al.Preparation and characterization of cyclodextrin microencapsulated ammonium polyphosphate and its application in flame retardant polypropylene［J］.Journal of Applied Polymer Science，2020，137（34）：e49001.
11	LIU Yuan， GAO Yanshan， ZHANG Zhang，et al.Preparation of ammonium polyphosphate and dye co-intercalated LDH/polypropylene composites with enhanced flame retardant and UV resistance properties［J］.Chemosphere，2021，277：130370.
12	林睿华，侯思远，燕子红，等.水溶性聚磷酸铵在土壤中的转化研究进展［J］.化肥设计，2023，61（1）：12-16.
	LIN Ruihua， HOU Siyuan， YAN Zihong，et al.Research progress on the conversion of water-soluble ammonium polyphosphate in soil［J］.Chemical Fertilizer Design，2023，61（1）：12-16.
13	李文娟，曹明慧，杜鹏祥，等.液体聚磷酸铵在农业上的应用研究进展［J］.山西农业大学学报（自然科学版），2022，42（3）：72-79.
	LI Wenjuan， CAO Minghui， DU Pengxiang，et al.Research progress on the application of liquid ammonium polyphosphate in agriculture［J］.Journal of Shanxi Agricultural University（Natural Science Edition），2022，42（3）：72-79.
14	王毕德，丁一刚，何俊，等.以三聚氰胺为缩合剂制备结晶Ⅱ型聚磷酸铵阻燃剂的工艺研究［J］.应用化工，2017，46（10）：1977-1980.
	WANG Bide， DING Yigang， HE Jun，et al.Study on preparation of ammonium polyphosphate with crystalline form Ⅱ by mela-mine as condensing agent［J］.Applied Chemical Industry，2017，46（10）：1977-1980.
15	黄信达，郜华萍，吴景卿，等.高聚合度APP阻燃剂的制备研究［J］.非金属矿，2021，44（3）：33-36，41.
	HUANG Xinda， GAO Huaping， WU Jingqing，et al.Study on the preparation of high degree of polymerization APP flame retardant［J］.Non-Metallic Mines，2021，44（3）：33-36，41.
16	俞宝根.Ⅱ型聚磷酸铵的制备研究［D］.昆明：昆明理工大学，2017.
	YU Baogen.Study on preparation of type Ⅱammonium polyphosphate［D］.Kunming：Kunming University of Science and Technology，2017.
17	王志文.功能化聚磷酸铵的制备及其阻燃聚合物复合材料结构与性能的研究［D］.沈阳：沈阳化工大学，2022.
	WANG Zhiwen.Preparation of functionalized ammonium polyphosphate and study on structure and properties of its flame retardant polymer composites［D］.Shenyang：Shenyang University of Chemical Technology，2022.
18	WANG Bibo， SHENG Haibo， SHI Yongqian，et al.Recent advances for microencapsulation of flame retardant［J］.Polymer Degradation and Stability，2015，113：96-109.
19	黄信达.无卤环保新型APP阻燃剂制备与性能研究［D］.昆明：昆明理工大学，2021.
	HUANG Xinda.Study on the preparation and performance of ha-logen-free environmentally friendly new app flame retardant［D］.Kunming：Kunming University of Science and Technology，2021.
20	王文娟.聚磷酸铵阻燃型水性聚氨酯的阻燃性能［J］.电镀与涂饰，2015，34（6）：303-307，361.
	WANG Wenjuan.Performance of flame-retardant waterborne poly-urethane with ammonium polyphosphate［J］.Electroplating & Finishing，2015，34（6）：303-307，361.
21	郭锡坤，杨建英.红磷、聚磷酸铵增效Al（OH）₃/Mg（OH）₂阻燃HDPE的研究［J］.塑料科技，1994，22（6）：7-10.
	GUO Xikun， YANG Jianying.Study on the synergistic effect of red phosphorus and ammonium polyphosphate on Al（OH）₃/Mg（OH）₂ flame retardant HDPE［J］.Plastics Science and Technology，1994，22（6）：7-10.
22	HUANG Zhe， RUAN Bo， WU Jin，et al. High-efficiency ammonium polyphosphate intumescent encapsulated polypropylene flame retardant［J］.Journal of Applied Polymer Science，2021，138（20）：e50413.
23	ZHU Shanwen， WANG Wenjun， ISLAM Z D，et al.Polydopamine modified ammonium polyphosphate modified shape memory water-borne epoxy composites with photo-responsive flame retardant property［J］.Journal of Applied Polymer Science，2021，138（3）：e49696.
24	ZHU Min， ZHANG Yan， SHENG Haibo，et al.Effect carbon black microencapsulated ammonium polyphosphate on the flame retardancy and mechanical properties of polyurethane composites［J］.Polymer-Plastics Technology and Materials，2020，59（1）：83-94.
25	RAN Guowen， LIU Xiaodong， GUO Jia，et al.Improving the flame retardancy and water resistance of polylactic acid by introducing polyborosiloxane microencapsulated ammonium polyphosphate［J］.Composites Part B：Engineering，2019，173：106772.
26	GAO Wei， YU Yuan， CHEN Tingting，et al.Enhanced flame retardancy of unsaturated polyester resin composites containing ammonium polyphosphate and metal oxides［J］.Journal of Applied Polymer Science，2020，137（38）：e49148.
27	FAN Shuo， SUN Yanlu， WANG Xueli，et al.A novel organic-inorganic flame retardant of ammonium polyphosphate chemically coated by Schiff base-containing branched polysiloxane for polyamide 6［J］.Polymers for Advanced Technologies，2020，31（11）：2763-2774.
28	ZHAO Chengshou， LUO Zhenjun， KONG Deyan，et al.Excellent role of Cu₂O on fire safety of epoxy resin with ammonium polyphosphate based on the construction of self-intumescent flame retardant system［J］.Journal of Applied Polymer Science，2021，138（21）：e50503.
29	ZHAN Yuanyuan， WU Xujuan， WANG Shasha，et al.Synthesis of a bio-based flame retardant via a facile strategy and its synergistic effect with ammonium polyphosphate on the flame retardancy of polylactic acid［J］.Polymer Degradation and Stability，2021，191：109684.
30	鲁玉鑫，卢林刚.聚磷酸铵-单宁酸-三聚氰胺/环氧树脂复合材料的阻燃及力学性能［J］.材料导报，2023，37（9）：270-277.
	LU Yuxin， LU Lingang.Flame retardancy and mechanical properties of ammonium polyphosphate-tannic acid-melamine/epoxy resin composites［J］.Materials Reports，2023，37（9）：270-277.
31	李想，陈润华，魏毅，等.聚磷酸铵-三聚氰胺-三嗪成炭剂协同阻燃改性环氧树脂及玻璃纤维增强树脂复合材料［J］.复合材料学报，2021，38（9）：2796-2806.
	LI Xiang， CHEN Runhua， WEI Yi，et al.Flame retardant epoxy resins and glass fiber reinforced epoxy composites synergistically modified by ammonium polyphosphate，melamine and triazine carbon-forming agent［J］.Acta Materiae Compositae Sinica，2021，38（9）：2796-2806.
32	WANG Junsheng， XUE Lei， ZHAO Bi，et al.Flame retardancy，fire behavior，and flame retardant mechanism of intumescent flame retardant EPDM containing ammonium polyphosphate/pentaerythrotol and expandable graphite［J］.Materials，2019，12（24）：4035.
33	王娜，辛远航，张鑫雨，等.卡拉胶/金属氧化物协同聚磷酸铵制备阻燃天然橡胶［J］.精细化工，2021，38（1）：176-182.
	WANG Na， XIN Yuanhang， ZHANG Xinyu，et al.Carrageenan/metal oxide synergistic ammonium polyphosphate to prepare flame-etardant natural rubber［J］.Fine Chemicals，2021，38（1）：176-182.
34	徐亮，王珂，陈希磊.柠檬酸铜协同聚磷酸铵制备阻燃TPU［J］.青岛科技大学学报（自然科学版），2023，44（3）：45-53.
	XU Liang， WANG Ke， CHEN Xilei.Synergistic flame retardant TPU with copper citrate and ammonium polyphosphate［J］.Journal of Qingdao University of Science and Technology（Natural Science Edition），2023，44（3）：45-53.
35	秦瑞红.石墨烯基聚磷酸铵复合气凝胶阻燃涤纶织物的构筑及其性能研究［D］.太原：太原理工大学，2021.
	QIN Ruihong.Study on construction and properties of graphene-based ammonium polyphosphate composite aerogel flame retardant polyester fabric［D］.Taiyuan：Taiyuan University of Technology，2021.
36	罗勇，谢德龙，者加云，等.Ⅱ型聚磷酸铵的改性及其阻燃聚丙烯的研究进展［J］.塑料工业，2019，47（1）：6-12，50.
	LUO Yong， XIE Delong， Jiayun ZHE，et al.Research process of modification of type Ⅱammonium polyphosphate and its flame-retardant polypropylene［J］.China Plastics Industry，2019，47（1）：6-12，50.
37	李博睿，肖淑娟，吴双邯，等.聚磷酸铵与次磷酸铝的共微胶囊制备及其在阻燃聚丙烯中的应用［J］.中国塑料，2020，34（11）：1-5.
	LI Borui， XIAO Shujuan， WU Shuanghan，et al.Preparation of co-microencapsulated ammonium polyphosphate/aluminum hypophosphite and its application in flame-retardant polypropylene［J］.China Plastics，2020，34（11）：1-5.
38	ZHANG Naien， ZHANG Jie， YAN Hong，et al.A novel organic-inorganic hybrid K-HBPE@APP performing excellent flame retardancy and smoke suppression for polypropylene［J］.Journal of Hazardous Materials，2019，373：856-865.
39	SHAO Zhubao， DENG Cong， TAN Yi，et al.An efficient mono-component polymeric intumescent flame retardant for polypropylene：Preparation and application［J］.ACS Applied Materials & Interfaces，2014，6（10）：7363-7370.
40	QI Congrui， YUAN Bihe， DONG Haoran，et al.Supramolecular self-assembly modification of ammonium polyphosphate and its flame retardant application in polypropylene［J］.Polymers for Advanced Technologies，2020，31（5）：1099-1109.
41	MA Haiyun， SONG Pingan， FANG Zhengping.Flame retarded polymer nanocomposites：Development，trend and future perspective［J］.Science China Chemistry，2011，54（2）：302-313.
42	ZOU Bin， QIU Shuilai， REN Xiyun，et al.Combination of black phosphorus nanosheets and MCNTs via phosphorus carbon bonds for reducing the flammability of air stable epoxy resin nanocomposites［J］.Journal of Hazardous Materials，2020，383：121069.
43	ANSALIN GNANA SOWNDARYA A， MANDAL S， PRASANNA R.Phosphate intercalated Mg/Al layered double hydroxide nanosheets as a novel flame retardant for leather：Synthesis，characterization，and application studies［J］.Applied Clay Science，2022，230：106714.
44	ZHOU Yifan， CHU Fukai， QIU Shuilai，et al.Construction of graphite oxide modified black phosphorus through covalent linkage：An efficient strategy for smoke toxicity and fire hazard suppression of epoxy resin［J］.Journal of Hazardous Materials，2020，399：123015.
45	REN Xiyun， ZOU Bin， ZHOU Yifan，et al.Construction of few-layered black phosphorus/graphite-like carbon nitride binary hybrid nanostructure for reducing the fire hazards of epoxy resin［J］.Journal of Colloid and Interface Science，2021，586：692- 707.
46	REN Xinlin， MEI Yi， LIAN Peichao，et al.A novel application of phosphorene as a flame retardant［J］.Polymers，2018，10（3）： 227.
47	YIN Sihao， REN Xinlin， LIAN Peichao，et al.Synergistic effects of black phosphorus/boron nitride nanosheets on enhancing the flame-retardant properties of waterborne polyurethane and its flame-retardant mechanism［J］.Polymers，2020，12（7）：1487.
48	YIN Sihao， REN Xinlin， ZHENG Ruizhi，et al.Improving fire safety and mechanical properties of waterborne polyurethane by montmorillonite-passivated black phosphorus［J］.Chemical Engineering Journal，2023，464：142683.
49	贾志猛，徐小康，严旭，等.聚磷酸铵和碳纳米管对高抗冲聚苯乙烯复合材料阻燃性能的影响［J］.南京工业大学学报（自然科学版），2021，43（2）：184-188.
	JIA Zhimeng， XU Xiaokang， YAN Xu，et al.Effects of ammonium polyphosphate and carbon nanotubes on flame retardancy of high-impact polystyrene composites［J］.Journal of Nanjing Tech University（Natural Science Edition），2021，43（2）：184-188.
50	杨典，陆昶，唐坦，等.添加CNTs、APP和ABS对尼龙6阻燃性能改善的协同效应研究［J］.材料研究学报，2016，30（3）：199-208.
	YANG Dian， LU Chang， TANG Tan，et al.Synergistic effect of introducing ammonium polyphosphate，carbon nanotubes and acrylonitrile-butadiene-styrene to nylon 6 for improving flame retardancy［J］.Chinese Journal of Materials Research，2016，30（3）：199-208.
51	SHI Yongqian， XING Weiyi， WANG Bibo，et al.Synergistic effect of graphitic carbon nitride and ammonium polyphosphate for enhanced thermal and flame retardant properties of polystyrene［J］.Materials Chemistry and Physics，2016，177：283-292.
52	ZHANG Jingfan， WANG Huqun， SUN Wenxiang，et al.Surface modification on ammonium polyphosphate and its enhanced flame retardancy in thermoplastic polyurethane［J］.Polymers for Advanced Technologies，2021，32（8）：2879-2886.

基体	添加量/ %	φ_PHRR/ %	φ_THR/ %	LOI/ %	UL-94	φ_TSR	φ_Rm/ %
WPU^［20］	25	23.94	—	—	V-0	—	60.21
PP^［22］	30	46.10	7.14	20.7	NR	43.90	—
WEP^［23］	15	54.90	32.00	29.8	—	57.46	—
TPU^［24］	10	86.89	24.17	27.0	V-0	—	39.58
PLA^［25］	5	7.91	15.38	26.0	V-2	—	18.70
UPR^［26］	30	63.11	48.86	36.3	V-0	30.86	52.91
PA6^［27］	10	16.89	22.86	25.0	NR	—	—
EP^［28］	15	67.02	25.17	26.5	NR	—	—

[1]	刘新龙, 杨振宇, 郝赫, 刘姝昕, 武晨阳, 王兴利, 马清清. 粉煤灰提铝残渣制备体型化4A分子筛的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 78-85.
[2]	赵蕾蕾, 舒艺周, 漆增连, 刘丹丹, 匡家灵, 黄成东, 吴加香, 普正仙. 不同APP添加量对复合肥料造粒性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(8): 74-82.
[3]	孙志高, 吴渊, 杨兴春, 张栋梁, 王觅堂. 富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的制备及性能[J]. 无机盐工业, 2023, 55(11): 139-146.
[4]	蔡卓雨,刘清,毕嘉琪,刘雨杉,郑少伟,招国栋. 高炉矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化铅离子及防辐射性能研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 125-131.
[5]	王磊,李金丞,张晓伟,张栋梁,王觅堂. 地质聚合物激发剂及其激发原理[J]. 无机盐工业, 2022, 54(2): 16-20.
[6]	李巧云,贺艳. 粉煤灰基地质聚合物微球吸附水中铜（Ⅱ）的研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(12): 113-118.
[7]	殷成阳,杨爽,毛迪,何静. 双功能模板法合成多级孔沸石分子筛的研究进展[J]. 无机盐工业, 2021, 53(10): 10-14.
[8]	贾敏,杨磊,王永旺. 体型化NaA分子筛的制备研究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(10): 98-103.
[9]	闫雅婧. 锂离子电池用固态电解质的研究现状与展望[J]. 无机盐工业, 2020, 52(7): 22-25.
[10]	晏波,解田,朱铧丞,杨丰明,王凤霞,谌勇. 微波加热合成聚磷酸铵的工艺研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(7): 42-45.
[11]	谌勇,杨三可,解田,陶绍程,龙庆兰,刘旭. 高聚合率的水溶性聚磷酸铵制备工艺研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(5): 50-52.
[12]	张帅,陈建钧. 超声协助蒙脱土分散于聚磷酸铵阻燃聚丙烯的研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(12): 46-49.
[13]	刘续,汤建伟,刘咏,化全县,王保明. 水溶性农用聚磷酸铵的研究与应用进展[J]. 无机盐工业, 2020, 52(12): 7-11.
[14]	王燕,王辛龙,许德华,许德军,杨晶旭. 镁离子对水溶性聚磷酸铵的水解影响研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(10): 72-76.
[15]	侯军伟1，李琰2，马越1，高雪梅1，宋琪1，胡晓杰1. 无机矿物对三元复合驱中聚合物吸附性能影响[J]. 无机盐工业, 2019, 51(7): 19-23.

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