阻燃抑烟剂在PVC体系中消烟特点

关键词：阻燃抑烟剂、阻燃消烟剂、PVC抑烟剂、抑烟剂氢氧化镁、抑烟母粒、氧化钼、硼酸锌、锡酸锌

 

    阻燃剂种类较多，按其结构可分为有机型和无机型两大类。有机型阻燃剂的特点是添加量小，对制品物理力学性能影响小，价格高，有的有毒，抑烟作用小；无机型阻燃剂的特点是稳定性较高，不易挥发，低毒，消烟作用尤为突出。选择阻燃体系中抑烟剂时应考虑其阻燃与抑烟双重作用。目前国内外正大力研究高功能复合抑烟剂，并取得了可喜成果。

    对于PVC体系，同时具有阻燃抑烟双重效果的阻燃剂主要有：金属氧化物、锌系化合物、铁系化合物、铜系化合物、钼系化合物和复合物等。所有这些阻燃抑烟剂均以摻混的形式加入PVC体系中，为外添型阻燃抑烟剂。外添型阻燃抑烟剂使用方便、工艺简单，但添加量大、稳定性差（如铁系阻燃抑烟剂易迁移和挥发）。另一类是将阻燃抑烟剂键合于PVC大分子上，使体系具有良好的加工性能、使用性能和较高的稳定性。但键合型阻燃抑烟产品尚未见报道。

 
    Al(OH)3和Mg(OH)2能显著地降低PVC的燃烧性能和发烟量，同时大大降低阻燃剂的填充量。超微细水合氧化铝（ATH)对硬PVC塑料物理力学性能、阻燃性能、消烟性能具有较大的影响。

    能用于PVC阻燃抑烟的锌系化合物主要为硼酸锌（2ZnO•3B203•5H20)。作用于PVC体系的硼酸锌与三氧化二锑相比，具有如下优点：①具有高的脱水温度；②是能完全反应的物质；③具有阻燃、抑烟和抑制余辉等多种功能；④色浅；⑤能提高体系的电性能；⑥低毒；⑦在提高体系的阻燃抑烟性能的同时，还可使体系的断裂强度、断裂伸长率和缺口冲击强度得到明显提高。硼酸锌在PVC燃烧中的行为模式为：在体系的燃烧过程中，硼酸锌发生分解，产生的三氧化二硼形成一层玻璃状物质覆盖在聚合物表面，起到抑制余辉的作用。而分解产生的锌化合物，存在于凝聚相中，催化PVC脱HCl并促进其交联，提高成炭量、降低成烟量、阻止燃烧继续进行。

    铁的许多有机或无机化合物均为PVC良好的阻燃抑烟剂，主要包括：FeOOH、 二茂铁、Fe2O3、FeCl3及FeCl2等。这类阻燃抑烟剂的主要特点如下：①能显著提高该体系的氧指数，降低烟密度，提高成炭量；②能提髙体系的热稳定性，降低体系的最大热释放速率，提高机械强度，改善加工性能，但对结晶性能有不良影响；③气相和液相两相反应；④挥发性强；⑤色重。无论哪种形式的铁系化合物，在与PVC脱出的HCl反应后，首先均生成第一步反应中心作用物FeCl3;继续反应生成第二步反应中心作用物Fe2O3，成烟结束后均变为α-Fe2O3。研究结果表明，铁系化合物具有炭化效应，对高聚物具有优异的阻燃消烟作用，铁系化合物燃烧时生成FeCl3，对促进炭化起了重要作用。

    用作PVC抑烟体系的铜系化合物主要有：Cu、CuO、Cu2O和CuO（COOH)2等，这类阻燃抑烟剂的主要特点为：①十分有效地抑制了烟的生成和提高体系的阻燃性能；②使体系脱HCl以及交联反应均提早发生，并且量大大增加；③使热解气相产物中芳香族产物比例减少，脂肪族物比例增加；④典型的凝聚相反应；⑤体系热解过程中，中心作用物为Cu+。

    用作PVC阻燃抑烟体系的钼系化合物主要有氧化钼、钼酸镍、钼酸锌、钼酸钙、八钼酸铵等，其中研究最多的是氧化钼（MoO3)。氧化钼主要特点如下：①能有效地提高体系的阻燃性能并抑制烟的生成；②其气相反应不重要，阻燃抑烟主要是按照凝聚相反应与异相反应机理进行；③对残炭的氧化作用对于烟密度的降低很重要。MoO3和八钼酸铵主要用于PVC的抑烟，将这两种抑烟剂加入硬PVC中，当用量为0.5%~5.0%时，材料生烟量降低30%~80%，0I提高了3~10个单位。对用作电缆包覆材料的软PVC加人2%的M003或八钼酸铵，材料生烟量可减少70%~80%,LOI可提高约3个单位。

    钼化合物/Sn203、硼酸锌/Sn203、硼酸锌/Sn203/Al(OH)3,CU20/M003三聚氰胺-β-八钼酸盐/草酸铜、硼酸锌/氢氧化铝、FeOOH/Sb203/ZnO， ZnO/MgO、ZnO/CaO及硼酸锌/八钼酸铵/锡酸锌复合物对PVC具有更好的阻燃、抑烟和消烟效果。镁锌复合物是一种新的阻燃和抑烟剂，适用于PVC。对于典型的含有锡稳定剂的硬质、半硬质和软质PVC。(邻苯二甲酸二辛酯为增塑剂），镁锌复合物均具有良好的抑烟效果。这种抑烟剂可使PVC的生烟量降低30% (明燃）或50% (阴燃），且含量以4%为最佳。

    除上述几类典型的阻燃抑烟剂外，还有许多其它物质可用作PVC的阻燃抑烟，如碳酸盐、沸石、磷酸盐和草酸盐等。钙系化合物具有优异的消烟及吸收HCl的性能，特别适合于PVC的阻燃与消烟。如铝酸钙（3CaO • Al2O3 • 6H20)、硬硅钙石（6CaO • SSiC2 •H2O)等，其成本约为ATH的一半，而阻燃性与ATH相当，消烟性能则优于ATH。

    阻燃消烟技术巳越来越受到人们的普遍重视。实践表明采用单一组分消烟效果不佳，而选用高功能复合阻燃抑烟剂是消烟阻燃技术的方向。

 

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