MgCO3和碱性ZnCO3对软PVC的协同阻燃及抑烟作用

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简介:  增塑剂如DOP的引入会使软PVC的阻燃性能明显下降,可行的办法是加入阻燃剂和抑烟剂的。无卤阻燃剂如Al(OH)3,Mg(OH)2和MgCO3应用广泛。虽然这些填充剂是无毒而且相对较便宜,但是为了达到较好的阻燃性能所需的添 ...
测试耗材

  增塑剂如DOP的引入会使软PVC的阻燃性能明显下降,可行的办法是加入阻燃剂和抑烟剂的。无卤阻燃剂如Al(OH)3,Mg(OH)2和MgCO3应用广泛。虽然这些填充剂是无毒而且相对较便宜,但是为了达到较好的阻燃性能所需的添加量非常高,这常常导致加工困难,对材料的物理机械性能以及电性能方面等都会产生严重的破坏。一些协效阻燃剂如硼酸锌,锡添加剂和金属配合物会与金属氢氧化物联用来提高阻燃效果。在我们的工作中,研究了作为PVC阻燃剂和抑烟剂的MgCO3和AZC的效果,通过Vyazovkin 的动力学方法测定了降解反应的Ea值。
  PVC样品制备:将PVC与DOP、热稳定剂、润滑剂、偶联剂(NDZ-311)和定量阻燃剂混合,然后用双辊在170oC下混合10分钟,再在180oC下挤压制作成140 mm  50 mm  3 mm板材,再将板材切割得测试样品。样品配方如下:PVC 100g,DOP 40g,稳定剂3g,硬脂酸钙1g,偶联剂1g,
  热分析
  TGA(Du pont DT-40)在流速为60 mL?min-1升温速度为10oC?min-1条件下测试。样品70.2mg放置在Pt盘上。为了研究软PVC在燃烧时与MgCO3和AZC协同作用的相关程度,对PVC,MgCO3和AZC以及它们的混合物的热降解行为进行了研究。在开始阶段,用MgCO3处理过的PVC实验曲线与计算曲线和纯PVC曲线大致相似,然而在第二阶段实验曲线的失重远远小于计算曲线和纯PVC曲线,这可能说明MgCO3只影响PVC热降解的第二阶段。这些结果与MgCO3的热降解是一致的。在开始阶段,用AZC处理过的实验曲线主要特征是初始分解温度降低失重速率明显增加。这些结果主要是由于AZC可以在220oC下分解形成ZnO,与HCl反应生成较强的路易斯酸ZnCl2,路易斯酸ZnCl2会催化脱氯化氢和促进PVC混合物的更早交联。用MgCO3和AZC混合物处理的PVC样品,不仅可以降低初始分解温度和在第一阶段增加失重速率也可以在第二阶段促进炭的生成。所以MgCO3和AZC可以用来协效阻燃和抑烟软PVC。动力学研究我们用Vyazovkin方法计算了聚合物在有阻燃剂和没有阻燃剂情况下热降解的活化能(Ea)。在添加了MgCO3后PVC的活化能变大,活化能最大值大约在转化率为55%时,这可与MgCO3在500oC的吸热峰相关,当转化率为65%降低到130kJ/mol,然而残炭氧化反应的活化能大于纯PVC样品。在整个降解阶段,添加AZC后PVC的活化能变低,然而复屈红强等,MgCO3和碱性ZnCO3碳酸锌对软PVC的协同阻燃及抑烟作用。合物MgCO3和AZC(10:1)时,结果显示在低转化率(<65%)时用MgCO3/AZC(10:1)处理的PVC样品的活化能低于纯PVC,而在高转化率(>65%)时大于纯PVC。所以复合物MgCO3和AZC(10:1)既可以催化脱氯化氢也可以促进PVC更早交联并改善残炭的稳定性。
  残炭分析
  PVC样品SDR测试后,采用SEM来研究残炭的表面形貌。从Figrue 4 可以看出用MgCO3处理的PVC的炭层外层很紧密略带孔隙,炭层易碎很硬;AZC处理后的PVC的炭层很松散,炭层很软;而MgCO3/AZC处理的炭层是一个连续致密的结构,可以隔绝可燃气体与PVC接触,避免热量转移至PVC,这对阻燃性能的改善是很有利的。AZC对用MgCO3处理过的PVC具有协效作用。AZC可以降低PVC在初始阶段降解反应的活化能,在第二阶段增加活化能,这说明了AZC具有催化脱氯化氢和促进PVC复合物的更早交联和改善炭的稳定性。

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