科莱恩 Exolit™ OP 次膦酸盐——替代溴化阻燃剂的无卤素、无锑环保选择,专为工程塑料而设计
Exolit™ OP 是科莱恩旗下专用于工程塑料的无卤阻燃剂系列,核心成分为 DEPAL(二乙基次膦酸铝),该次膦酸盐体系由科莱恩自主研发并持有专利。该产品可作为溴系阻燃体系的替代方案。传统溴系体系需含有三氧化二锑 (ATO),而三氧化二锑产地高度集中,近年来价格波动剧烈,供应链稳定性较差。Exolit™ OP 的突出优势在于材料全生命周期乃至回收后,各项性能均可稳定保持。该产品系列将卓越的防火安全性能与高机械强度相结合,具备600V及以上出色的相对漏电起痕指数(CTI),并具有经过验证的可回收性,同时不含卤素。Exolit™ OP 可用于各种聚酰胺(如 PA6、PA66、高温尼龙)、聚酯类材料,如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),适用于消费电子、家用电器、电气装置(连接器、断路器)、数据中心与AI基础设施、储能以及电动交通(E-mobility)、列车和航空等交通运输领域的终端应用。Exolit™ OP 作为特种原料供应给改性厂及工程塑料生产企业。
工程塑料专用 Exolit™ OP 无卤阻燃剂的产品优势
- Exolit™ OP 不含溴、氯或锑元素。欧盟资助的 ENFIRO 项目(环境友好型阻燃剂生命周期评估典型案例研究)联合 12 家研究机构,对市面上 15 款商用无卤阻燃剂开展评估,研究证实 Exolit™ OP 这类非卤阻燃剂 “阻燃性能与工艺应用能力可媲美溴系阻燃剂,同时燃烧产烟量更低,烟气中有害组分更少”。
- UL 94 V-0 级阻燃性能:Exolit™ OP 可使增强聚酰胺、增强聚对苯二甲酸丁二醇酯体系达到 UL 94 V-0 阻燃等级。全新牌号 Exolit™ OP 1260 与 Exolit™ OP 1266 (TP) 专为电动汽车应用开发,在聚对苯二甲酸丁二醇酯中添加量为 15–20% 时,0.4 毫米厚度试样即可达到 V-0 阻燃等级。
- 稳定保持力学特性:次膦酸盐类阻燃剂的比重低于含溴/三氧化二锑的体系。这有助于在不降低阻燃性能的前提下减轻零件重量。基础聚合物与 Exolit™ OP 共混改性后,力学特性基本得以保留,性能区间与溴系阻燃方案相当。
- 可回收性:Exolit™ OP 经多次机械回收后仍可保持阻燃性能(德国弗劳恩霍夫研究所 (LBF) 与欧洲无卤阻燃协会 (PINFA) 联合研究证实,多次回收后材料依旧维持 V-0 阻燃等级)。这使其能够满足电子及汽车行业的循环经济要求,而当下两大行业对回收料添加比例的指标正持续提升。
- 燃烧时产烟量更低:与卤素类阻燃剂相比,磷系阻燃剂燃烧时产生的烟气更少(依据欧洲无卤阻燃协会 (PINFA) 联合 Crepim 机构开展的研究:无卤磷系、无机及氮系阻燃剂对十种常用聚合物烟气毒性与烟密度的影响)。
- 碳足迹:弗劳恩霍夫环境、安全与能源技术研究所 (UMSICHT) 研究人员于 2024 年 2 月发布的一份生命周期评估报告证实,在产品全生命周期维度,次膦酸盐类阻燃剂相较溴系阻燃剂具备可量化的环境优势(报告名称:电动汽车与电子设备中次膦酸盐类阻燃剂与溴系阻燃剂的生命周期评估)。
- 不含三氧化二锑、不含聚四氟乙烯:Exolit™ OP 无需添加三氧化二锑或含氟聚合物,即可实现阻燃性能。因此,在改性配方中剔除了两类供应波动大、受法规重点管控的材料。
- 经独立机构验证的可持续特性:Exolit™ OP 阻燃剂的多个牌号已通过 GreenScreen 评估(DEPAL 评级为 3 级基准)、TCO 认证(列入 TCO 认证认可物质清单),并经美国环境保护署 (EPA) 环境友好设计项目验证(用于开展环境友好替代物质评估)。由欧盟委员会资助的 ENFIRO 项目(环境友好型阻燃剂生命周期评估典型案例研究),以独立研究验证了次膦酸盐类阻燃剂的可持续特性。
无卤素与溴化阻燃剂在工程塑料(聚酰胺)中的性能和法规比较
参考来源:
标准 溴化 + ATO 有机次膦酸盐(Exolit™ OP) 三聚氰胺基(MPP / MC) 矿物(MDH) 红磷 无卤素 否 是 是 是 是 无ATO 否 是 是 是 是 阻燃机理 气相 – 自由基淬灭 [S3] 气相 + 固相(成炭)[S3] 气相 / 惰性气体稀释 [S3] 吸热 – 释放水分 [S3] 固相 – 成炭 [S3] UL 94 V-0 薄壁(< 1 毫米) 是 是 MC:仅非增强PA 否 是(GF PA) GF PA / PBT中的CTI 低于次膦酸盐 600 V [S1] [S2] MC:600 V(非增强PA)[S2] 中等 600 V [S2] GF PA中的GWIT — 775 °C(所有厚度)[S1] MC:~775 °C 非增强PA [S2] — 775 °C [S2] UL 94 V-0典型添加量 ~25% ~20% [S2] MPP:~25%;MC:10–15%(非增强)[S2] 45–50% [S2] 5–8%(GF PA)[S2] 火灾中的烟雾 – 腐蚀性气体 火灾中产生HBr [S4] 无卤素气体释放;烟雾毒性与纯聚合物相当 [S4] [S6] 无卤素气体释放;注意:三聚氰胺可能在火灾中产生HCN [S6] 无卤素气体释放 无卤素气体释放 烟雾密度 高于PIN FRs(根据EN 45545-2测试10种聚合物)[S4] 低 [S4] 低 – 中等 低 中等 碳足迹(相对于Br+ATO) 基准 略低(LCA,PA 66)[S8] — — — 对机械性能的影响 低 – 中等 低(低添加量)[S1] 中等 高(高添加量) 低(极低添加量)[S2] 密度影响 高(→更重) 低 低 – 中等 高 低 颜色限制 无 无 无 无 红/黑色仅限 [S2] 可回收性 废料流可分离,但通常不回收;WEEE限制PBB / PBDE复合材料 [S5] 与机械回收兼容;已在PA GF(Fraunhofer LBF / pinfa)和PET中验证 [S1] [S7];消费后废物分类困难 取决于配方的兼容性 [S7] 取决于配方的兼容性 — 法规状态 ECHA(2024年12月)建议将一组溴化非聚合添加剂BFRs归类;60种AEBFR中>40种被识别为PBT或可能PBT;PBBs和PBDEs根据RoHS被禁 [S5] 合规,不受生态设计卤素限制影响;被ENFIRO识别为低关注度 [S2] 三聚氰胺的SVHC状态对衍生物MPP、MC有间接影响(不含游离三聚氰胺) 合规;ATH被ENFIRO识别为低关注度 [S2] 合规 [S2] 环境评估 多种芳香族溴化FRs被归类为PBT / vPvB [S5] GreenScreen® 基准3(纯次膦酸盐)[S1];被Clariant自我归类为vPvM,等待ECHA确认 MPP和MC合规(三聚氰胺提议协调分类为vPvM / PMT) 合规 合规,有PH3排放风险 可再生原料选项 否 是(Exolit™ OP Terra),使用质量平衡认证可再生碳 [S1] — — —
[S1] 科莱恩,《热塑性塑料用 Exolit 阻燃剂》,2026年
[S2] H. Feuchter,《电气与电子应用中的阻燃剂》,第3版,2017年
[S3] pinfa / A. Beard, C. Thornton,《阻燃剂:化学与技术入门》,第1版,2025年
[S4] H. Feuchter, F. Poutch, A. Beard,《无卤素PIN阻燃剂对10种常见聚合物烟雾毒性和密度的影响》,《火灾与材料》期刊,2023年
[S5] 欧洲化学品管理局(ECHA),《芳香族溴化阻燃剂调查报告》,2024年12月
[S6] pinfa,《2025年FRPM会议摘要》,含科莱恩案例研究(A. Beard)
[S7] PNO代表pinfa,《PIN阻燃剂对塑料回收现状及潜在影响研究》,2023年2月
[S8] Maga 等,《科莱恩次膦酸铝与溴化阻燃剂+ATO在PA 66中的生命周期评估(LCA)对比》,《ACS可持续化学与工程》,2024年
Exolit™ OP 在工程塑料领域的应用
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- 绝大多数应用中,采用工程塑料制成的电气连接器、断路器及外壳部件不仅需满足 UL 94 V-0 级阻燃要求,同时还要保证尺寸稳定性与机械强度。含三氧化二锑的溴化阻燃系统虽已广泛应用于上述领域,但受环保法规及三氧化二锑原料价格波动带来的供应链风险影响,这类体系正面临终端产品制造商(OEM)日益严格的审查
- Exolit™ OP 在聚酰胺连接器应用中的表现:Exolit™ OP 1400 是一种非卤阻燃剂,可用于增强型 PA6、PA66 和高温聚酰胺。该产品可达到 UL 94 V-0 阻燃等级,同时保留玻纤增强体系的力学特性。适用于工业及民用电气设施中的开关、插头与结构外壳部件。
- 电动汽车应用,涵盖高压连接器、充电系统及电池外壳,对阻燃材料提出严苛要求。工作电压为 800 V 及以上的系统,既需要优异的电绝缘性能,还要求材料在高温高湿环境长期作用下保持稳定。
- 适用于高压连接器的 Exolit™ OP 1266 (TP):加入PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)中的 Exolit™ OP 1266 (TP),即便经过长期存放,仍可稳定维持 600 V 的相对漏电起痕指数 (CTI)。添加量 15–20% 时,该产品在试样厚度 0.4 毫米条件下即可达到 UL 94 V-0 阻燃等级。兼具薄壁 V-0 阻燃性能与稳定的 CTI,该产品适用于 800 V以上电动汽车平台的高压连接器。
- Exolit™ OP 1242 (TP) 可解决电动汽车领域材料水解问题:Exolit™ OP 1242 (TP) 专为对耐水解性能要求严苛的PBT配方,适用于机舱、充电系统等环境中长期接触湿气、冷凝水或清洗液的零部件。在水解老化环境下,该产品仍可维持稳定的阻燃性能与力学特性。
- Exolit™ OP 1400:Exolit™ OP 1400 凭借优异的耐热与耐水解稳定性,成为玻纤增强聚酰胺的优选阻燃剂。
- 消费类电子产品与家用电器所用阻燃材料需在反复冷热循环工况下,持续保持外观完好、尺寸稳定及电气绝缘性能。终端产品制造商 (OEM) 的可持续发展要求以及生态设计相关规定正逐步要求此类产品全部采用无卤材料。
- Exolit™ OP 中的次膦酸盐化学体系与 PA 和 PBT 的薄壁注塑成型工艺相兼容。即便在薄壁应用下也可达到 UL 94 V-0 阻燃等级,助力智能手机、笔记本电脑及小型家电零部件实现小型化设计。DEPAL 本身不吸潮的特性能够保障制品在高湿环境下维持尺寸稳定。
- 科莱恩全新开发的 Exolit™ OP 系列牌号满足了增强型聚酰胺在无人值守家用电器中的灼热丝要求(灼热丝可燃性指数 GWFI 和灼热丝起燃温度 GWIT)。
- Exolit™ OP 是否会影响注塑件的颜色或表面质量? Exolit™ OP 不会对PA或PBT改性塑料的着色效果产生不良影响。这种无卤化学体系可与常用的紫外线和光稳定剂结合使用,从而在面向消费者的可见部件中保持一致的颜色品质。
- 轨道交通与航空应用领域所用材料必须满足严苛的防火、烟密度及烟毒 (FST) 标准。座椅构件、线缆布线系统以及内饰面板所用工程塑料既要符合行业专属防火法规,同时还需适配规模化量产加工。
- Exolit™ OP 可满足交通运输领域的哪些消防安全标准? 基于 Exolit™ OP 的改性材料已在 PA 和 PBT 体系中通过了验证,适用于要求燃烧时低发烟、低烟气毒性的交通运输应用。ENFIRO 项目(环境友好型阻燃剂生命周期评估典型案例研究)证实,相较于溴系阻燃方案,次膦酸盐类阻燃系统燃烧时发烟量更低,有害燃烧产物更少——这一优势对密闭型交通空间尤为关键,此类场景的设计标准之一便是人员疏散安全。
- Exolit™ OP 的可持续特性如何满足交通运输领域原始设备制造商 (OEM) 的各项要求? 各种 Exolit™ OP 阻燃剂牌号均已通过 GreenScreen 评估(DEPAL 评级为 3 级基准)及 TCO 认证(列入 TCO 认证认可物质清单),同时还接受了美国环境保护署 (EPA) 环境友好设计项目评估(用于开展环境友好替代物质评估)。上述第三方评估报告可满足终端产品制造商 (OEM) 及一级供应商针对高关注物质管控、环境合规所需的文件存档要求。2025 年,科莱恩依据欧盟《分类、标签和包装法规》,在欧盟境内对 DEPAL 完成自我危害分类,判定其属于高持久性、高迁移性 (vPvM) 物质。但欧洲化学品管理局 (ECHA) 已要求开展最终验证试验,该类结论仍有待最终试验结果确认。
数据中心与AI基础设施正在推动工程塑料阻燃材料的强劲需求,涵盖多类关键部件,包括:配电单元(PDU)、断路器、接线端子、电源连接器、内存插槽(DDR5/DDR6),以及液冷歧管和设施回路连接器等热管理部件。这些应用场景要求材料达到UL 94 V-0阻燃等级,并在持续热负荷下保持稳定的电气绝缘性能。随着数据中心快速普及800V直流(HVDC)供电架构,OEM厂商对无卤素阻燃剂的指定使用需求也日益增长。Exolit™ OP 可在增强型PA6、PA66、高耐热PA以及PBT中实现UL 94 V-0阻燃性能,且无需卤素化学品或三氧化二锑(ATO)。该产品在德国和中国两地设有生产基地,并已通过多项OEM级规格认证,是数据中心部件制造商的成熟之选。
Exolit™ 产品牌号性能对照表
Exolit™ 牌号 适用聚合物 终端应用(示例) 关键性能数据 Exolit OP 1230 高性能聚酰胺(HPPA) DDR内存插槽(DDR4–DDR6),适用消费电子及数据中心与AI基础设施;PCB/SMT元器件 UL 94 V-0(0.4–3.2 mm),低添加量(<15%);在空气中热稳定性高达350°C,适用于各类高耐热聚酰胺加工;高CTI;回流焊接无气泡;通过JEDEC-J-STD 020C(MSL 2)认证;回流焊接温度高达260°C;GreenScreen® 基准3级 Exolit OP 1240 PBT、PET(注塑成型,非纤维熔融纺丝) 汽车、电气与电子、家用电器、数据中心风冷及电气设备 CTI高达600 V;密度低于溴化替代品;可与聚磷酸三聚氰胺和/或三聚氰胺氰尿酸盐复配使用 Exolit OP 1242 PBT、PET(注塑成型,非纤维熔融纺丝) 高压连接器(电动汽车) UL 94 V-0(0.4–3.2 mm);CTI高达600 V;改善耐水解性(85°C / 85%相对湿度,1,000小时);无喷霜;无模具沉积;无铜接触腐蚀 Exolit OP 1248 PBT、PET(注塑成型,非纤维熔融纺丝) 汽车、电气与电子、数据中心风冷及电气设备 与Exolit OP 1240相比,Exolit OP 1248在UL 94 V-0阻燃效率方面有所提升 Exolit OP 1260 PBT、PET(注塑成型,非纤维熔融纺丝) 电气与电子、汽车 UL 94 V-0(0.4–3.2 mm),添加量18 wt%;熔体流动性和机械性能增强;由于机械性能和流动性与溴化方案+ATO相近,可作为含Br/ATO配方的潜在直接替代方案 Exolit OP 1266 (TP) PBT、PET(注塑成型,非纤维熔融纺丝) 高压连接器(电动汽车) UL 94 V-0(0.4 mm);相比Exolit OP 1260,CTI提升至600 V;添加量15–20% Exolit OP 1312 PA 6、PA 66 电气与电子、数据中心配电(微型/塑壳断路器、接线端子)、汽车断路器 UL 94 V-0(0.4–3.2 mm);CTI 600 V;GWFI 960°C;GWIT 775°C(≥2 mm);UL 94及GWIT性能最高效牌号;适用于所有颜色 Exolit OP 1314 PA 6、PA 66 电气与电子、数据中心配电(微型/塑壳断路器、接线端子)、汽车断路器 UL 94 V-0(0.4 mm);GWFI 960°C;热稳定性优于OP 1312;适用于高加工温度及复杂型腔 Exolit OP 1380 PA 6、PA 66 家用电器,如RAST连接器 UL 94 V-0(0.4–3.2 mm);GWFI 960°C;GWIT 775°C(所有厚度0.75–3.0 mm);GreenScreen® 基准3级 Exolit OP 1400 PA 6、PA 66;HPPA 电气与电子、数据中心与AI基础设施(电源连接器、高压部件、液冷连接器)、汽车断路器、高压连接器(电动汽车) UL 94 V-0(0.4–3.2 mm);GWFI 960°C;CTI 600 V;在空气中热稳定性高达350°C,适用于各类高耐热聚酰胺加工;适用于复杂型腔及高温高湿环境;适用于所有颜色;GreenScreen® 基准3级;经多次回收循环后UL 94 V-0等级保持不变;在120°C下经历1,000小时后阻燃性能稳定;断裂伸长率保持;无明显色变 Exolit OP 1466 PA 6;HPPA 家用电器,如RAST连接器 UL 94 V-0(0.4–3.2 mm);GWFI 960°C;GWIT 775°C(所有厚度0.75–3.0 mm);GreenScreen® 基准3级 Exolit OP 1480 PA 66 家用电器,如RAST连接器 UL 94 V-0(0.4–3.2 mm);GWFI 960°C;GWIT 775°C(所有厚度0.75–3.0 mm);GreenScreen® 基准3级
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常见问题解答
Exolit™ OP 的核心成分为 DEPAL(二乙基次膦酸铝),其纯品牌号为 Exolit™ OP 1230。所有聚酰胺用 Exolit™ OP 牌号均基于该次膦酸盐化学结构复配。DEPAL 通过双重阻燃机制发挥作用。在气相阻燃阶段,挥发性二乙基次膦酸可中断火焰区的化学反应。在凝聚相阻燃阶段,系统会生成磷酸铝残留物,在聚合物表面形成一层保护性焦化层,隔绝热量与氧气。两种机制协同作用,可使增强聚酰胺与聚酯系统达到 UL 94 V-0 级阻燃效果。与溴系阻燃剂不同,该阻燃机制无需三氧化二锑作为协效剂,也无需依靠 PTFE(聚四氟乙烯)等含氟聚合物作为抗滴落剂。
Exolit™ OP 系列为无卤阻燃剂产品,适用于各类工程塑料,包括 PA6、PA66、高温聚酰胺、PBT、PET,同时也可应用于热塑性聚氨酯 (TPU)、聚酯类热塑性弹性体 (TPEE) 等部分弹性体材料。该产品可用于电气连接器、断路器、消费类电子产品外壳、家用电器、电动汽车零部件、交通运输等需要满足 UL 94 V-0 阻燃等级的制品,同时也适用于部分线缆绝缘层应用。
DEPAL(二乙基次膦酸铝)是适用于聚酰胺的所有 Exolit™ OP 牌号阻燃剂的核心活性物质。这是一种次膦酸盐,可通过气相与凝聚相协同阻燃机制发挥作用。科莱恩于2004年发明并实现了 DEPAL 的商业化,并持有涵盖该物质本身、其配方以及其在工程热塑性塑料中应用的相关专利。
Exolit™ OP 不含溴、氯或三氧化二锑,仍可实现同等的 UL 94 V-0 阻燃性能。该产品无需搭配 PTFE(聚四氟乙烯)作为辅助助剂。相较于溴化/三氧化二锑复配系统,采用 Exolit™ OP 制备的改性塑料密度更低、燃烧时发烟量更小,且经多次机械回收后仍能保持阻燃性能。欧盟 ENFIRO 项目(环境友好型阻燃剂生命周期评估典型案例研究)证实,无卤次膦酸盐阻燃系统可达到同等阻燃性能,同时燃烧时产生更少烟气与有害燃烧产物。
制造商正逐步放弃溴系阻燃体系,主要出于两大原因。第一点是供应链风险。全球约 75–80% 的三氧化二锑生产集中在中国。近年来,各国出台锑出口管制措施,叠加核心产区环保限产政策,共同导致锑价波动、供应稳定性无法保障。因此,依赖三氧化二锑作为阻燃协效剂的制造商在生产计划方面遭遇诸多难题。第二点是市场对无卤材料的推行需求。受可持续发展承诺、各类环保认证以及终端产品制造商 (OEM) 材料规范要求推动,电气、电子及汽车领域对无卤阻燃方案的需求持续攀升。Exolit™ OP 凭借自2004年以来一直在使用、并经过独立研究验证的成熟商用化学技术,同时解决了这两个因素。
是的。Exolit™ OP 经多次机械回收后,仍能保持阻燃性能。相关测试已证实该特性(弗劳恩霍夫LBF/pinfa研究:经多次回收循环后V-0阻燃等级保持不变),并且对于回收料含量要求日益增长的电子和汽车应用而言,其重要性不断提升。
专为电动汽车用 PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)开发的两款牌号:Exolit™ OP 1242 (TP) 适用于耐水解应用;Exolit™ OP 1266 (TP) 适用于高电压应用,可实现 600 V 稳定 CTI。两款产品添加量 15–20% 时,0.4 毫米厚度试样均可达到 UL 94 V-0 阻燃等级。Exolit™ OP 1260 兼具优异阻燃性能与良好力学特性。
Exolit™ OP 在两个生产基地进行生产。位于德国的克纳普萨克工厂是一座世界级规模的工厂,自 2004 年 Exolit™ OP 商业化推出以来一直负责供应该产品。位于中国广东省惠州市大亚湾工厂,代表了科莱恩在无卤阻燃剂产能方面高达 1 亿瑞士法郎的投资。该工厂的两条生产线支持亚洲及全球市场日益增长的需求,尤其是在电动交通(e-mobility)和电子电气(EE)应用领域。大亚湾工厂的本地技术专家团队可为亚太地区客户提供应用开发和认证方面的支持。