阻燃剂对高密度聚乙烯热老化影响的机理研究：氧化动力学与火灾性能的关联分析

本研究针对阻燃填料（FR）对高密度聚乙烯（HDPE）热氧化行为的影响展开系统探究，通过120°C空气暴露实验，揭示了铝二乙基次膦酸（AlPi）与膨胀型混合物协同作用促进氧化的机制，并首次证实锌二乙基次膦酸（ZnPi）的离子交换现象。成果为优化阻燃聚合物耐老化性能提供理论依据。

　　

在聚合物材料应用领域，高密度聚乙烯（HDPE）因其优异的机械性能和加工特性被广泛使用，但易燃性是其致命缺陷。添加阻燃剂（Flame Retardant, FR）虽能提升防火性能，却可能加速材料老化——这一矛盾长期困扰着材料科学家。更棘手的是，不同阻燃填料在热氧化过程中究竟扮演"保护者"还是"破坏者"角色，学界始终缺乏系统认知。法国国家科研署资助的研究团队选择从分子层面破解这个"阻燃-老化"悖论，其成果发表在《Polymer Degradation and Stability》上。

研究采用ATR-FTIR（衰减全反射傅里叶变换红外光谱）和电子探针微区分析等关键技术，对7种逐步添加阻燃填料的HDPE亚配方进行对比实验。样本包含基础HDPE、碳纤维增强型，以及分别添加膨胀型混合物、铝二乙基次膦酸（AlPi）和4A沸石的不同组合。所有样品在120°C空气环境中进行加速老化，通过监测1716 cm^-1和1735 cm^-1处的羰基峰变化追踪氧化进程。

【氧化状态测定】结果显示，纯阻燃填料（AlPi或沸石）使氧化诱导期比增强HDPE延长，但膨胀型混合物与AlPi联用却产生"1+1>2"的促氧化效应。FTIR谱图中新出现的特征峰与锌二乙基次膦酸（ZnPi）匹配，电子探针进一步证实Al³⁺与Zn²⁺的离子交换反应，这解释了协同促氧化机制。

【火灾性能关联】最具突破性的发现在于氧化状态与最大平均热释放率（MARHE）的关联性。仅含膨胀型阻燃剂的体系在氧化后MARHE显著上升，而其他配方即使发生氧化也不影响燃烧性能。这表明某些阻燃体系的热降解产物可能成为燃烧"助催化剂"。

这项研究首次阐明阻燃填料间的离子交换反应会意外加速聚合物老化，为"阻燃-耐久"平衡设计敲响警钟。特别是发现AlPi/膨胀体系在高温下的不稳定性，指导企业应避免这两类填料的直接复配。技术层面，建立FTIR羰基指数与火灾性能的定量关系，为材料寿命预测提供新指标。论文由R. Baron领衔完成，其揭示的分子级相互作用机制，为下一代耐老化阻燃塑料开发奠定理论基础。