大多数含磷阻燃剂与含有氮或卤素的化合物共同使用时，能大幅度提高阻燃效果。前人对磷-氮协同体系及磷-卤素协同体系的作用机理都已作了不少研究[1-3]，但对磷-硅的协同阻燃效应的研究却很少有报道。有机硅阻燃剂是高效、生态友好、防熔滴并抑烟的新一代非卤成炭型阻燃剂，不仅能改善基材的加工性能、机械性能及耐热性能等，而且被阻燃材料的循环利用效果也十分优异，有机磷阻燃剂具有优良的阻燃性能、低毒、耐热性良好等特点。将有机硅阻燃剂与有机磷阻燃剂一起使用时不仅具有显著的协同阻燃作用、广泛的适用性及明显的互补性，发展潜力和应用前景十分光明。

1、阻燃机理

1）硅系阻燃剂阻燃机理

硅系阻燃剂因有害性低而成为目前研究的一个热点。按组成和结构可分为无机硅和有机硅阻燃剂。前者主要为SiO2兼有补强和阻燃作用，其阻燃机理是：当织物燃烧时形成SiO2覆盖物，起到绝热和屏蔽双重作用。有机硅系阻燃剂的阻燃机理为：当织物燃烧时，有机硅分子中的-Si-O键形成-Si- C键，生成的白色燃烧残渣与炭化物构成复合无机层，可以阻止燃烧生成的挥发物外逸，阻隔氧气与基质接触，防止熔体滴落，从而达到阻燃的目的。

2）磷系阻燃剂阻燃机理

磷系阻燃剂的阻燃机理主要为：①燃烧时分解生成磷酸或者多磷酸，然后再进一步形成高粘性熔触玻璃质或者致密的炭层，以固体形态使基质与热和氧隔绝开来；②是捕捉游离基。在燃烧中分解生成PO或者HPO等游离基，在气相状态下捕捉活性H游离基或OH游离基；③膨胀，由于它能促进形成蓬松的高度多孔性炭层，故而有固相之功能。磷系阻燃剂之所以能发挥阻燃功能可以理解为上述各种阻燃机理的组合，各机理的作用则因燃烧体系的不同而各异。关键在于它们都具有磷酸衍生物的功能[5]。

3）磷/硅协同阻燃机理

磷硅协同阻燃机理为：当磷硅阻燃剂使用时，在高温下，磷会催化促成炭的形成，而硅则增加这些炭层的热稳定性，从而发挥磷硅协同阻燃效果。并且，用硅氧烷代替硅烷时，磷硅的阻燃协同作用得到进一步加强，因为硅氧烷降解形成的层状二氧化硅阻止了炭层的氧化，从而提高了炭层的稳定性。

2、磷/硅协同阻燃体系的应用

近些年，人们开始注意到把磷硅化合物应用于棉织物阻燃整理，不仅可以降低磷阻燃剂的毒性，而且还可以降低硅阻燃剂的价格，具有良好的协同阻燃效果[7]。磷硅协同阻燃体系包括两个方面的内容，一方面是将磷系阻燃剂与硅系阻燃剂进行复配，通过阻燃剂之间的相互作用，产生协同阻燃效果；另一方面是将磷硅两种元素引入同一分子结构中，通过元素之间的相互作用，产生协同阻燃效果。

1）磷/硅复配阻燃体系的应用

国内外对磷硅复配阻燃体系在棉织物上的应用鲜有报道，东华大学恒逸研究所的刘丽雅、彭治汉将其自制的阻燃剂SP-3与N-羟甲基-3-(二甲氧基磷酰基)丙烯酰胺(商品名代号FRP-3010)复配，然后利用浸轧焙烘工艺对棉织物进行阻燃整理。阻燃剂SP-03与FRP-3010均是具有反应性的有机化 合物(SP-3中含有硅羟基，FRP-3010中含有羟甲基)，在酸质子存在下经高温焙烘，能与纤维素纤维上的羟基脱水键合。

阻燃剂与纤维素的键合直接改变了纤维素高温下热裂解的固有历程，阻止了左旋葡萄糖的形成，脱水生成不饱和双键使得纤维分子之间相互交联，转而演化为难燃的炭化状物，不仅能有效地抑制燃烧的继续进行，还具有防止阴燃发生的效果。将SP-03阻燃剂和FRP-3010复配使用用于棉织物的阻燃，整理由于磷硅协同效应比单独使用FRP-3010具有更好的阻燃效果。

磷硅复配阻燃体系兼有有机阻燃剂的高效和无机阻燃剂的低烟、无毒功能，能有效降低成本和减少无机阻燃剂的用量，改善材料的功能。

2）分子中含有磷及硅的阻燃体系应用

有机硅系阻燃剂是一种新型的无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂，还是一种良好的分散剂，能增加材料间的相容性。它作为一类高分子阻燃剂，具有高效、无毒、低烟、防滴落、无污染等特点。但由于价格等问题而限制了它的使用。单独将有机硅阻燃剂应用于棉织物上所获得的阻燃效果大多不够理想，一般都是通过磷硅协同效应同时将磷和硅两种元素引入同一分子当中，一方面可以降低有机硅阻燃剂的价格，另一方面还可以降低有机磷阻燃剂的毒性，获得阻燃效果更佳的磷硅型阻燃剂。

近年来国内报道了一种新颖的用于纯棉织物阻燃整理的含硅磷酸酯阻燃剂，其特征在于结构式如下：

该阻燃剂常温下为无色或淡黄色粘稠液体，易溶于水。

该阻燃剂的合成方法为：取甲基乙烯基二氯硅烷于容器中加溶剂搅拌均匀，再加亚磷酸二甲酯和催化剂，在氮气保护下充分搅拌，然后升温、回流，收集馏分，反应结束降温，加水充分搅拌，分离油水相，蒸馏水相得产品为该阻燃剂。此磷硅系阻燃剂能提高材料的成炭率，特别是对那些含氧高的高聚物(如纤维素和硬质聚氨酯泡沫塑料)尤其如此。当未阻燃的纤维素被加热至它的热裂解温度时，通常解聚为焦油状的碳水化合物，后者又进一步断裂为有机可燃碎片。如在纤维素中加大磷系阻燃剂，则纤维素遇火时阻燃剂会分解为含磷酸或酸酐，后者可使纤维素磷酰化并释放出水，而磷酰化的纤维素则可转变为炭。此时磷阻燃剂的作用来自：生成不燃的水蒸汽、降低可燃物量和炭层的保护作用。SP是一种高效、无卤、环境友好的织物耐久性阻燃剂，由于阻燃剂中的有机硅和有机磷协同效应，进一步促进成炭，使其具有较强的阻燃效果，同时通过硅的作用还可以改善阻燃织物的手感。该阻燃剂分子上由于带有羟基，可以直接接枝到棉织物上，使织物获得耐久阻燃性。

国际上也很早就对将磷、硅两种元素引入同一分子结构中合成含硅磷酸酯型化合物进行报道，其中一种含硅磷酸酯型化合物具有如下结构：

在这里R表示一价烃基和由惰性取代基取代的一价烃基，Z代表至少两个碳原子构成的二价亚烷基，如：-CH2-CH2-，-CH2-CH2-CH2-和-CH2-CH2-(CH3)-等。硅的剩余价态被碳和氧原子所取代，并且至少其中的一份被-OR’取代，在这里，有机硅合成物是一个单体硅烷，R’表示一份烃基。有几种方法制备此含硅磷酸酯化合物，其中一种方法是通过磷酸双酯[O=p(H)(OR)2]和A-Si≡两种化合物相互反应制得的，在这里R表示和上述相同的含义，A表示由乙烯基、烯丙基和甲代烯丙基等构成的烯烃基，通过这种合成方法可以获得较高的产率。

另一种被报道的含硅磷酸酯化合物则具有如下结构：Y-Z-Si≡，其中Y是由=p-基团和0=P≡基团构成的，Z是不超过十八个碳原子的二价饱和的脂肪族的或芳香族的烃基。此化合物是由有Y-H和A-Si≡结构的化合物相互反应制得，在这里Y表示和上述相同的含义，A是一个有二到十八个碳原子的一份乙烯化不饱和的脂肪族或芳香族烃基[11]。

上述合成的两种含硅磷酸酯型化合物分子当中都含有磷硅两种元素，将其应用到棉织物上可能具有良好的阻燃协同效果。

近年来，有很多新型的磷的甲硅烷基酯化合物被合成出来作为纺织品的阻燃剂使用，磷的甲硅烷基酯化合物的合成不是近几年才出现的，已经有很多此类化合物在化学文献上被报道，并且它们的制备在专利和化学文摘上被详细地描述。这些制备方法由于其低产率和不经济的能量消耗，因此磷的甲硅烷基酯化合物无法大规模的生产。

有一种制备此种磷的甲硅烷基酯化合物是通过将分子式为(C2H5O)3SiH添加到不饱和的亚磷酸酯中，反应式如下:

用这种方法合成的磷的甲硅烷基酯化合物最高产率为47.4%。 近年来报道了一种新型的磷的甲硅烷基酯化合物，它可以在很短的时间内被合成出来并且有一个相对较高的产率，结构式如下:

此种磷的甲硅烷基酯化合物的合成过程为：由分子式为R3SiR'X或者分子式为Me3SiO(Me2SiO)n(XR'MeSiO)mSiMe3的硅氧烷或者分子式为(XR'Me2Si)2O(Me2SiO)n的低聚体和分子式为CH3OP(O)R"2的磷化合物在温度为1OO℃到300℃的范围内，存在络合阳离子的胺或者磷化氢的条件下反应足够的时间并除去有机卤化物副产物，将得到的反应混合物进行减压并且升高温度除去不需要的低沸点物质而得到最后的产物。在这里R表示包含1到4个碳原子的一个烃基、芳基、烷氧基，一个R’X基团或者一个硅氧基团；X表示氯、溴、碘；m表示一个正整数；n表示0或者一个正整数；Me表示甲基；R’表示一个二价烃基或者芳烷基；R"表示一个甲基、乙基、苯基、卤苯基或者-OR…，在这里R…表示甲基或者苯基。此化合物分子中含有磷、硅阻燃元素，可以作为棉织物的阻燃添加剂。

磷硅型阻燃剂兼有磷阻燃剂的高效和硅阻燃剂的低烟、无毒等特点，不仅能有效降低成本相改善织物的手感，同时还可以减少对环境的污染。

3、磷/硅协同阻燃体系的发展前景

在现代阻燃剂技术中，协同阻燃技术是极其重要的一个方面。由于磷硅协同阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外，还能改善基材的其他性能(如加工性能、机械性能、耐热性能等)，阻燃材料的循环使用效果较好，能满足人们对阻燃剂的严格要求，所以近几年磷硅协同阻燃剂及其阻燃技术得到了较快的发展。

磷硅阻燃剂协同阻燃体系的研究与开发是提高阻燃效率、降低有机磷阻燃剂的毒性和降低有机硅阻燃剂成本的切实可行的办法。它集催化阻燃作用、抑制凝聚相的氧化反应和形成有效的焦炭层或含其它阻燃元索(如硅、磷等阻燃元素)的焦炭层等多种特征于一体，是今后阻燃技术发展的重要方向之一，其发展潜力和应用前景十分巨大。

4、结语

目前，磷硅协同阻燃体系的研究都还处于起步阶段，根据已获得的磷硅阻燃剂协同阻燃的研究成果，今后的研究重点应是针对不同的应用领域，选择或合成特定分子结构的硅系阻燃剂与磷系阻燃剂，进行复配协同阻燃体系的组合与优化，以达到最佳的效果；大力发展磷元素和硅元素处于同一分子结构中的协同阻燃剂，设计和优化其分子结构与聚集态结构；加强磷硅协同阻燃机理的研究；简化工艺，降低生产成本，加快工业化、商品化的进程。