常用阻燃剂对氯化橡胶涂料阻燃性的比较
众所周知,在阻燃防护材料中,应用较广、作用较为明显的是阻燃涂料。氯化橡胶涂料具有化学稳定性好、抗化学药品性高、耐候性好以及附着力强等特点。同时氯化橡胶又是一种难燃性树脂,可制作非膨胀型阻燃涂料,因此氯化橡胶涂料在防腐、阻燃方面应用广泛。在氯化橡胶涂料中最常见的阻燃剂是氯化石蜡和三氧化二锑,而三氧化二锑价格昂贵,故研究各种阻燃剂之间的协同阻燃效应、减少锑系阻燃剂用量、降低涂料成本是急需解决的课题之一。涂料阻燃性测试方法主要有隧道法、小室燃烧法和大板燃烧法。结合热重分析法研究了氯化石蜡、三氧化二锑、氧化锌、氧化铁红和二氧化锡等阻燃剂对氯化橡胶涂料的阻燃效果及协同效应。
根据燃烧速率数据清楚地表明,加入少量的三氧化二锑,使氯化橡胶涂料的阻燃效果有很大的提高,并且随着三氧化二锑用量的增加,氯化橡胶涂料的阻燃性不断提高。
在含有三氧化二锑的情况下,随着氯化石蜡(含氯量70%)用量的增加,氯化橡胶涂料的阻燃性逐渐提高,但升高幅度不大。
无三氧化二锑存在时,氧化锌的阻燃性很小;而氧化锌用量加大,阻燃性下降。
存在三氧化二锑时,氧化锌的加入会大幅度地降低氯化橡胶涂料的阻燃性,使涂层的燃烧速率值增加2~3倍,并且氧化锌的用量越高,涂层的阻燃性越差。没有三氧化二锑存在时,氧化铁红的加入使氯化橡胶涂料的阻燃性有一定程度的提高;存在三氧化二锑的配方中,加入少量氧化铁红,涂膜阻燃性有所提高,添加大量氧化铁红,则使涂层阻燃性下降。
使用含氯量52%的氯化石蜡比含氯量70%的氯化石蜡涂膜有更好的阻燃效果,但两者的阻燃性差别不大。此外,不论使用哪种氯化石蜡,三氧化二锑的加入都会大幅度提高涂层的阻燃性。
当涂层燃烧时,氯化橡胶与氯化石蜡受热分解成氯化氢,氯化氢与三氧化二锑进一步反应生成氯氧化锑,氯氧化锑又可进一步分解成三氯化锑。
由于三氧化二锑比重很大,覆盖在涂层表面起阻燃作用。此外,涂层燃烧时,三氧化二锑可以进入气相燃烧区与不同燃烧阶段中的自由基反应生成RCl、HCl、Cl和Sb,这些中间产物可以进一步与活化中心反应降低其浓度,从而起到阻燃作用。
据以上机理可知,增加氯化物中的氯含量和三氧化二锑用量必然会提高涂层的阻燃性。因为氯化橡胶中已含有较大量的氯,所以增加氯化石蜡用量,对于涂层阻燃性的提高不十分显著。
单独使用氧化锌时,可能由于涂层燃烧时反应生成的二氧化锌比重较小,对涂层没有太大的覆盖作用,所以其阻燃作用不太明显,且氧化锌的加入削弱了三氧化二锑的覆盖效应及捕捉自由基的能力,使涂层的阻燃性下降。
由于燃烧反应生成的FeCl3比ZnCl2比重大,其覆盖作用也就较大,所以氧化铁红的阻燃作用稍好于氧化锌。
含氯量52%的氯化石蜡比含氯量70%的氯化石蜡的阻燃效果更好,这与前面得出的氯含量与涂层的阻燃性成正比的关系不符。其原因可能是,在基料氯化橡胶中已含有较大量氯的情况下,影响涂层阻燃性的主要因素是氯化石蜡的活性大小,由于含氯量52%的氯化石蜡中的氯有较高的反应活性,所以涂层表现出较高的阻燃性。
结 语
在氯化橡胶涂料体系中,用少量氧化铁红代替部分三氧化二锑,涂层阻燃性不下降;含氯量52%的氯化石蜡对氯化橡胶涂料的阻燃性高于含氯量70%的氯化石蜡。
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