一种新型阻燃抑烟软PVC阻燃体系

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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 ...
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  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。

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