聚碳酸酯是指分子链中以碳酸酯基(-OROCO-)为基础链段的热塑性聚合物。
按照分子结构的不同，聚碳酸酯可以分为脂肪族聚碳酸酯、脂肪-芳香族聚碳酸酯和芳香族聚碳酸酯。其中属于芳香族聚碳酸酯的双酚A型聚碳酸酯，具有优异的工业加工性能，是近年来需求量增加最迅速的工程塑料。
聚碳酸酯(以下简称PC)是五大工程塑料之一，因其具有高强度、高透明度、高抗冲击性、高耐热性等优点，被广泛应用于电子电器、汽车零部件、建筑材料、医疗器械和食品包装等领域。
PC用于汽车前大灯
PC的玻璃化温度为140～150℃，热变形温度为135℃，使用温度为－60～120℃，具有良好的热稳定性和尺寸稳定性。其自身的极限氧指数(LOI)可达21%～24%，UL-94垂直燃烧测试可达V-2阻燃等级，但是仍然无法满足特殊领域对PC阻燃性能的更高要求，所以需要通过引入阻燃剂的方式来提高其阻燃性能。
垂直燃烧等级判定
这时，就可以请出我们今天的主角——磷系阻燃剂了。
磷系阻燃剂的分类
依据使用方式的不同，磷系阻燃剂可分为反应型和添加型两类。其中反应型磷系阻燃剂是通过化学反应将阻燃基团键合到高分子材料上实现阻燃;添加型磷系阻燃剂则是将阻燃剂与高分子材料物理混合，然后加工成为具有阻燃功能的高分子复合材料。
因使用方便，添加型阻燃剂在阻燃PC应用领域占有主导地位。根据组成和结构的不同，磷系阻燃剂可以分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂两大类，其中无机磷系阻燃剂主要包括红磷(微胶囊化红磷)、磷酸盐(如磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵等)和聚磷酸铵等类型;有机磷系阻燃剂主要包括磷酸酯类、膦酸酯类、磷杂菲类和磷腈类阻燃剂，目前在阻燃PC领域应用较为广泛的是有机磷系阻燃剂。
磷系阻燃剂的阻燃机理
无机磷系阻燃剂在高温环境下会与氧气反应生成大量五氧化二磷，而聚合物燃烧时分解产生的水分子会与五氧化二磷反应生成磷酸或偏磷酸等化合物，磷酸等酸性物质可催化聚合物脱水成炭过程，在聚合物表面形成致密的炭层，达到隔绝氧气、减缓聚合物燃烧的目的。
有机磷阻燃剂的阻燃机理可大致分为四个方面:
●阻燃剂燃烧分解并催化聚合物脱水形成炭层;?
●阻燃剂在燃烧的过程中与氧气和水作用形成磷酸，磷酸再聚合形成多聚磷酸和聚偏磷酸，而多聚磷酸和聚偏磷酸能附着在高分子材料的炭层表面，起到隔绝氧气和可燃物的作用;
●阻燃剂分解产生PO·自由基，聚合物则在燃烧过程中分解形成少量氢自由基(H·)和羟基自由基(HO·)，磷系阻燃剂分解产生的PO·自由基可捕获H·和HO·形成HPO，从而阻止或减缓燃烧链反应的进行，增强阻燃效果;
●阻燃剂在高温下发生分解产生P、PO、HPO等难燃性气体，降低可燃气体浓度，从而延缓火焰的蔓延。
磷系阻燃剂在阻燃聚碳酸酯中的应用
1.磷酸酯阻燃剂
磷酸酯类阻燃剂因其资源丰富、价格低廉而得到广泛应用。磷酸酯类阻燃剂大都属于添加型阻燃剂，具有阻燃与增塑的双重功能。目前认为磷酸酯类阻燃剂阻燃PC的机理是凝聚相为主，即在高温环境下磷酸酯阻燃剂燃烧形成聚磷酸并覆盖在PC燃烧后形成的致密炭层表面，隔绝氧气和可燃物，增强阻燃效果。
以间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)和双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)为代表的缩合磷酸酯是目前使用最广泛的磷酸酯阻燃剂。工业化PC产品中使用最多的磷系阻燃剂主要是三苯基磷酸酯(TPP)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)和双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)。
TPP、RDP和BDP的分子结构
当阻燃剂添加量为10%(wt)时，1.6mm厚度PC样条UL-94测试均可达V-0阻燃级别。三者在阻燃机理上略有差异，其中TPP在高温下易挥发，只能在气相中发挥阻燃作用，而RDP和BDP可同时在气相和固相发挥阻燃功能。
磷酸酯类阻燃剂具有价格低廉、添加量少、阻燃效果好等优点，并且在实际应用中对材料的力学性能(拉伸、弯曲、抗冲击)影响较小，在阻燃PC领域得到较为广泛的应用。但是磷酸酯类阻燃剂的耐水解性能较差，是目前应用在阻燃PC领域中的主要缺陷，应是未来磷酸酯类阻燃剂研究和开发关注的重点。
2.膦酸酯阻燃剂
目前关于膦酸酯阻燃剂的研究主要集中在含氮膦酸酯阻燃剂和反应型膦酸酯阻燃剂。膦酸酯分子稳定性好，具有良好的耐水性和耐溶剂性，并且具有阻燃和增塑的双重作用，可用于多种高分子材料的阻燃处理。但是，目前对膦酸酯类阻燃剂在阻燃PC中的阻燃机制尚未有定论，还需进一步的深入研究和探索。
有研究通过两步反应合成了一种新型含P-N键的阻燃剂联苯哌嗪-1，4-取代二(亚膦酸甲基酯)(DPPMP)，并将DPPMP阻燃剂分别添加到PC、PBT、EVA和ABS树脂中研究其阻燃性能。LOI和UL-94测试结果表明，当阻燃剂添加量分别为7%、15%和30%时，均表现出良好的阻燃效果。
DPPMP合成路线