一种新型阻燃抑烟软PVC阻燃体系

环境环保 2017-1-31 19:58

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简介：　　一般情况下，膨胀阻燃剂包含三种成分：酸源，碳源和气源。它虽然是一种被广泛使用和研究的阻燃剂，但在软聚氯乙烯（PVC）中的报道却鲜有涉及。在我们做的工作中，新型的膨胀阻燃剂被成功合成，它们是三嗪环和羟 ...

　　一般情况下，膨胀阻燃剂包含三种成分：酸源，碳源和气源。它虽然是一种被广泛使用和研究的阻燃剂，但在软聚氯乙烯（PVC）中的报道却鲜有涉及。在我们做的工作中，新型的膨胀阻燃剂被成功合成，它们是三嗪环和羟基锡酸盐（或者羟基锡酸锌）的衍生物。本文将阐述这种阻燃剂对PVC的阻燃效率、抑烟作用以及热降解作用。
　　两种阻燃剂由密胺、Na2Sn(OH)6和ZnCl2合成最后制得白色的MASN 和 MAZNSN粉末。样品由PVC和DOP、热稳定剂、偶联剂（NDZ-311）以及制备的阻燃剂共混制得。混合时用双辊在170度下10分钟并且用140 mm 50 mm 3 mm的模具压制成型。其配方为：PVC100克、DPO40克，热稳定剂3克，偶联剂（NDZ-311）1克）以及制备的阻燃剂若干。在Figure 1中我们可以看到含有阻燃MASN（或者MAZNSN）的PVC样条极限氧指数极
　　大地增加，而含有密胺的PVC其极限氧指数随着其含量的增加，复合物的氧指数却几乎没有增加。从Figure 2我们可以看出含有阻燃剂的PVC的烟密度等级（SDR）比纯的PVC要低，特别是当阻燃剂为30克时含MAZSN的将其减少了15个单位。由Figure 3，TG曲线可以分为两个阶段，第一阶段的热分解主要是氯化氢的脱除和DOP的分解，第二个阶段是碳链的断裂以及低分子量的产物生成和碳的氧化。
　　我们从实验结果可以发现，所有的样品在第一阶段损失了大概58%到67%的质量，而含阻燃剂的样品有更小一些的质量损失，含密胺的是62.6%，而加入的是MASN和MAZNSN时对应的为58.3%和59.6%。失重的温度范围变窄了，最大失重率时的温度降低了，但同时最大失重率却明显增加了，尤其表现在含MAZNSN的样品上。其原因在于在MASN和MAZNSN中都有Sn(OH)62-存在，Sn(OH)62-离子会与氯化氢反应生成SnCl4和H2O，SnCl4 在凝聚相中起的是路易斯酸的作用，它能促进脱去氯化氢和形成PVC混合物的交联，使之迅速炭化。氯化氢同时能起到气相阻燃和促进密胺的膨胀成炭，这样形成的炭化产物保护了高聚物基体，抑制传热和氧气的讲解作用，因此有利于阻燃。而MAZNSN中的Zn2+与氯化氢反应形成氯化锌，这样会与SnCl4形成协同阻燃作用，因此含有MAZNSN的具有更好的阻燃性。第二阶段中，最大失重率温度、放热峰温度和最终分解温度都明显的增加了，这些结果表明残碳链的降解被减缓，碳链的稳定性增加了。
　　含有MASN或MAZNSN的PVC残炭物具有与密胺不同的残碳形貌。虽然含有密胺的PVC灼烧物具有足够的膨胀层，但是其炭层具有气孔和缝隙的蜂窝状易碎的结构（Figure 5a）从而在燃烧过程中热量和易燃挥发物很容易穿透炭层到燃烧区，阻燃效果差。含有MASN或MAZNSN的PVC残炭物拥有膨大和致密的炭层，此炭层由一些密闭的微小孔构成，这种小孔结构很好地阻止了热量传递。
　　结论MASN和MAZNSN能够作为一种有效的膨胀阻燃和抑烟阻燃剂用于韧性PVC中，当中PVC作为碳源，而Sn(OH)62- and Zn2+作为酸源，它在凝聚相中起的是路易斯酸的作用，它能促进脱去氯化氢和形成PVC混合物的交联，使之迅速炭化。氯化氢作为气源使炭层膨大。因此这种膨胀阻燃体系能够形成致密炭层，具有较好的阻燃和抑烟效果。