软质聚氯乙烯的阻燃抑烟性能研究

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1、浙江理工大学学报,第26卷,第4期,2009年7月JournalofZhejiangSci2TechUniversityVol.26,No.4,Jul.2009文章编号:167323851(2009)0420490205软质聚氯乙烯的阻燃抑烟性能研究高磊,姚跃飞,杨琼丽,黎,周耿,傅雅琴,刘冠峰(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州310018)摘要:分别考察磷酸二苯异辛酯(EHDP)、漂珠(CFA)、钢渣粉(SSP)、氢氧化铝、氢氧化镁对PVC材料阻燃抑烟性能的影响,并用热重分析法研究其对PVC材料热降解过程的影响。结果表明:EHDP、CFA、SSP

2、、Al(OH)3、Mg(OH)2均能提高软质PVC的阻燃性能,均能促使PVC提前或加速脱去HCl,提高PVC材料的最终残碳量。其中,EHDP由于自身分子中C/H比高而使得其增塑体系发烟量大,CFA由于比SSP的成碳结构更稳定而显示出较好的阻燃抑烟效果,Al(OH)3由于脱水吸热失重情况与PVC脱HCl的失重情况接近一致而比Mg(OH)2的阻燃效果要好。关键词:聚氯乙烯;阻燃;抑烟;热重法中图分类号:TQ325.3文献标识码:A0引言近年来,软质PVC材料被广泛应用于建筑、化工、交通、通讯和纺织等行业中。但是软质PVC材料由于在其加工过程中需要添加增塑剂等助剂存在着容易燃烧

3、的缺陷,且燃烧中还会产生大量毒烟,对人们的生命、财产安全形成巨大的威胁,因此对软质PVC的阻燃抑烟研究具有特别重要的意义。PVC的阻燃通常采取添加阻燃剂的方法,常用阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸三乙酯、三氧化二锑、氯化石蜡、微胶囊红磷、[1][224]碳酸锌、铝酸钙等。用热重分析法研究软质PVC材料的阻燃机理是常用的方法之一。本文将阻燃增塑剂磷酸二苯异辛酯、填料漂珠和钢渣粉、无机阻燃剂氢氧化铝和氢氧化镁用于PVC树脂,考察处理后PVC树脂的阻燃抑烟效果,并利用热重分析法研究其对PVC材料热解的影响。1实验部分1.1实验原料与仪器原料:聚氯乙烯糊树脂(P2450,天津渤海

4、化工有限责任公司);环氧大豆油(ESO,浙江桐乡市嘉澳化工有限公司);柠檬酸三丁酯(TBC,江苏雷蒙化工科技有限公司);磷酸二苯异辛酯(EHDP,山东恒联化学有限公司);漂珠(CFA,60目,淮南市盘香耐火保温材料有限责任公司);钢渣粉(SSP,60目,上海宝钢集团);氢氧化铝(分析纯,浙江杭州汇普化工仪器有限公司);氢氧化镁(工业级,浙江杭州汇普化工仪器有限公司)。主要仪器:LG2213型恒温干燥箱(上海爱斯佩克环境设备有限公司);Pyris1型热重分析仪(美国PerkinElmer公司);YG2813型极限氧指数测定仪(常州第一纺织设备有限公司)。1.2试样制备将PV

5、C糊树脂与各种助剂及阻燃剂混合搅拌均匀,然后将其浇注到模具中置于160℃的烘箱中烘燥15min,自然冷却,制成250mm×250mm的样品,根据需要加工成测试样品。样品的基本配方为:PVC收稿日期:2008-10-08基金项目:国家自然科学基金项目(50173033);浙江省科技厅重点科研工业项目(2006C21081)作者简介:高磊(1984-),男,陕西兴平人,硕士研究生,主要从事柔性复合材料的结构与性能研究。第4期高磊等:软质聚氯乙烯的阻燃抑烟性能研究491100g,ESO7g,增塑剂、填料、无机阻燃剂为变量。1.3性能测试氧指数的测定按照GB/T2406—1980

6、进行;发烟情况通过观察进行比较;热重实验在动态氮气气氛中进行测试,其流速为20mL/min,以α2Al2O3为参比物,升温速率为20℃/min,温度范围为50～650℃。2结果与讨论2.1用阻燃增塑剂代替常规增塑剂选用EHDP作为PVC的增塑剂,改善软质PVC材料的阻燃性能,结果见图1。从图1和观察各试样的燃烧情况可知,在增塑剂用量相同时,EHDP增塑PVC材料的LOI值较TBC增塑PVC有了很大提高,但其发烟量要远多于TBC增塑PVC材料;LOI值均随着增塑剂用量的增加而下降,发烟量均随着增塑剂用量的增加而增加。软质PVC材料的发烟量与增塑剂、PVC脱HCl后碳结构的稳

7、定性、成碳量关系密切。其烟主要是由增塑剂与PVC燃烧分解产生,受增塑剂的影响最大。而有机物燃烧时的发烟量与其分子的碳氢比值[5]密切相关。在多数情况下,脂肪族化合物的发烟性比芳香族化合物发烟性要小。EHDP为芳香族化合物,TBC为脂肪族化合物,故图1增塑剂用量对PVC阻燃性的影响EHDP增塑体系的发烟量要大于TBC增塑体系。图2(a)和(b)分别为TBC和EHDP增塑PVC材料的TG-DTG曲线。从PVC试样的TG曲线可以看出,PVC的热降解大致可分为2个阶段。第一阶段发生在约190～360℃之间,主要是PVC受热脱去大量HC