半硬质聚氯乙烯塑料的阻燃性研究

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()塑料科技　　　　　　　　　　　　　　第3期总第131期

PLASTICSSCI.&TECHNOLOGY1999206

半硬质聚氯乙烯塑料的阻燃性研究

李良波　孟平蕊　解竹柏　刘锡杰

(山东建材学院应用化学系,济南　250022)

　　摘　要　本文研究了用于增塑半硬质聚氯乙烯材料的锑、硼、硅、钼、铝、锌等的化合物的复配阻燃体系。结果表明,该阻燃体系的协同作用是显著的,使用5～10份复配阻燃剂的增塑半硬质聚氯乙烯材料的氧指数[0I]可提高

8%～12%,且发烟量较少。

　　关键词　半硬质聚氯乙烯　氧指数　复配阻燃剂

1　前言

聚氯乙烯(PVC)作为化学建材最重要的原材料之一,愈来愈多地用于各类建筑装饰和装修材料。聚氯乙烯由于分子中含氯,所以本身就有较好的阻燃性,但随着化学建材品种和功能的增加,需要聚氯乙烯树脂和其它组分复合使用,如加入部分增塑剂的半硬质聚氯乙烯材料常用于建筑防水、密封及装饰等,各种油酯类助剂严重降低了该类材料的阻燃性能。随着国家对建筑材料阻燃性的严格规定[1],研究含有增塑剂的聚氯乙烯材料的阻燃性能就更显重要,同时也应注意减少燃烧烟雾和降低体系的毒性,以减少火灾发生时因烟毒造成的伤害

[2]

P42),三盐基硫铅、二盐基亚磷酸铅、硬脂酸、三氯化二

锑、硼酸锌、水合氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、硅酸铝、氧化钼等均为市售试剂。

2.2　实验工艺　　(1)复合阻燃剂的制备将各种填料或阻燃剂,按不同的配比和组合分别进入高速混合机。开动搅拌混合均匀后再加少量偶联剂搅拌5分钟制得复合阻燃剂。冷却后备用。

(2)试样制备

按照配方要求把树脂,稳定剂、润滑剂、改性剂、阻燃剂等进入高速混合机,待升致一定温度后,加入液体助剂及增塑剂,高速搅拌10分钟出料冷却后,再把粉料加入双辊塑炼机。在规定温度下塑炼8～10份钟下片,把片材叠合放入平板硫化机中模压制板,用板材裁

。本研究使用锑、硅、硼、钼、铝、镁、锌

等化合物的复配体系用于增塑半硬质聚氯乙烯材料充

分利用各化合物之间的协同阻燃作用,力求达到阻燃、制成标准试样。

消烟、降毒性的目的。合理的阻燃剂的配合,能够在满2.3　性能测试足材料阻燃性能的条件下减少或免用较昂贵,且有毒性的锑化合物阻燃剂,为解决增塑聚氯乙烯材料的阻燃性能,提供价兼有效的途径,以有益于聚氯乙烯在化学建材中的应用。

　　拉伸强度试验照GB/T1040-92进行;塑料燃烧性能试验用氧指数法,照GB/T2406-93进行,发烟情况通过观察进行比较。

2　实验部分

2.1　主要原材料

　　聚氯乙烯树脂(PVC)S-1300,齐鲁石化公司;氯化聚乙烯(CPE)含氯36%,山东潍坊化工厂;邻苯二甲酸二辛脂(DOP),山东淄博增塑剂厂;氯化石蜡(Cl-收稿日期　1998212224

3　结果与讨论

3.1　氧化锑对增塑PVC的阻燃作用

　　在含有氯化石腊增塑剂的PVC材料中加入一定量的三氧化二锑,测定不同份数氧化锑含量的PVC材料的氧指数,结果见图1,从图中可以看出随阻燃剂含量增加,材料试样的氧指数也在上升。材料中氧化锑与

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氯化石腊同时存在,氯化石腊在燃烧时首先受热分解释放出大量的Hcl与氧化锑作用,生成SboCl或SbCl3氯化锑产生的覆盖物遮在燃烧部分的表面上,隔绝氧气、消除火焰。SbCl3也可以与被燃烧的PVC形成高结构的炭化层,该碳化层起到进一步的隔热屏蔽作用,产生阻燃效果。在实验中发现不含有氯化石腊的PVC材料,氧化锑的阻燃效果不明显,仅在有卤素或卤化物存在的条件下,才显示出很好的阻燃协同作用。通过观察各试样的燃烧情况,随材料中氧化锑含量增加,发烟量也会明显增加。这是因为卤族化合物和氧化锑燃烧时产生的较重的烟雾。

Sb2O3份

4444

表1　含有Sb2O3和各种金属化合物

PVC材料试验结果

金属化合物(份)三氧化钼　3氢氧化铝　3氢氧化镁　3硼酸锌　3

氧指数[0I]拉伸强度MPa发烟状况

34333133

29.832.530.231.6

少少少较少

3.3　多元复合阻燃剂对增塑聚氯乙烯的阻燃

作用

　　氧化锑与各类金属化合物及含卤化合物复配具有

良好的阻燃效果,但氧化锑价格昂贵,本身有毒性且燃烧发烟量较多,本研究选用几类不含氧化锑的多元复配阻燃剂用于增塑聚氯乙烯材料,测试材料的氧指数与材料的拉伸强度,结果见图3与图4,其中三元复配为硼、硅、铝的化合物,四元复配为钼、铝、硅、锌化合物。图1　PVC材料氧指数与氧化锑含量的关系　

3.2　氧化锑与其它金属氧化物共用对增塑

PVC材料的阻燃作用

　　在含有氯化石蜡等增塑剂的PVC材料体系中,除氧化锑以外,分别加入各种金属化合物测定材料的氧指数,拉伸强度,并观察比较燃烧时的发烟情况,实验结果见表1,其中发烟状况与单独含氧化锑的PVC试样相比较。氧化锑与另外的金属氧化物共用时,阻烯效果较单独使用氧化锑效果好,并减少了燃烧时的烟雾量。如利用水合氧化铝及水合氧化镁所含结晶水的汽化能吸收大量的热,由于降低了温度,使塑料热解成气体燃料的速度减慢,使其达不到保持燃烧的浓度,因而避免着火燃烧。每克水的分解能吸收470卡热量[3],当水吸收到它所能吸收的大量热量后,还会作为冲淡燃烧气体的无害蒸汽放出来,也能冲淡由其它组分燃烧所放出的有毒气体和烟雾。其中的三氧化钼燃烧时能吸收磷酸酯类稳定剂和增塑剂及聚氯乙烯产生的酸性挥发物质,起到抑制烟雾的作用,这些吸热及吸收可燃气体的作用与氧化锑等物质产生的阻隔作用共同发挥,产生较好的协同阻燃及消烟作用。

图2　PVC材料的拉伸强度与复配阻燃剂含量的关系

从图3和图4的结果说明,复配三元和四元阻燃剂可显著提高PVC材料的阻燃性能,因为体系中除铝、镁、钼化合物的吸热及吸收燃性气体外,硅、硼等的化合物在燃烧时亦可形成多孔性的膨胀物质层,包覆在燃烧的PVC塑料表面起阻隔作用,阻止燃烧的进行。观察含有三元和四元阻燃剂的聚氯乙烯试样的燃烧状况发现,两种体系试样燃烧的发烟量都较少,从图3可见材料拉伸强度随复配阻燃剂的含量增加而下降,

三元体系的强度保持率优于四无体系,二者不同在于四元体系中的三氧化钼对于材料的强度影响较大,分析认为是三氧化钼颗粒状态与界面形态的问题,有待

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进一步分析研究。

4　结论

　　对于增塑半硬质聚氯乙烯材料的阻燃体系使用氧

化锑与氯化石腊相配合,具有一定的阻燃效果,氧化锑与各类其它金属化合物复配,具有较好的阻燃及消烟作用,采用多元复配阻燃剂,不含氧化锑,亦能获得较好的阻燃效果燃烧的发烟量也相对减少。适当的阻燃剂配合能使材料保持一定的抗拉强度。各类阻燃剂的使用量在10份以内,就可保证半硬质聚氯乙烯材料符合防火要求[1]。

参　考　文　献

1建筑内部装修设计防火规范GB50222-952邵如根1化学建材2,1994,(4):148

3沈维道1工程热力学2170人民教育出版社,1965

图3　PVC材料的拉伸强度与复配阻燃剂含量的关系

StudyonFlameresistanceofSemirigidPVCPlastics

LiLiangbo　MengPingrui　XieZhubai　LiuXijie

(ShandongInstituteofBuildingMaterials,Jinan,250022)

　　ABSTRACT　Inthispaper,acompositeflameretardantconsistofSb,B,Si,Mo,Al,Znblendingplasticization

semirigidPVCwasstudied.Theresultsshowedthesynergismofthecompositeflameretardantisobvious,theoxygenindex(OI)ofthePVCplasticswiththecompositeflameretardanter5phr210phrmaybeaddedto8212andthesmokeisthinner.

　　KEYWORDS　SemirigidPVC;Oxygenindex;Compositeflameretardant

简讯

美国制成新型塑料

美国伊利诺斯州一家公司研制成一种新型聚酯塑料,它是以脂肪肼和对苯二酸为主要原料制成的一种热塑性半结晶树脂,各种性能都很优越,既美观,又耐用。

用这种塑料注塑制成的零件,可耐304℃的高温,并具有很高的耐压强度。

(李玲玲)