电线电缆用聚氯乙烯的阻燃剂及其阻燃性能研究

电线电缆用聚氯乙烯的阻燃剂及其阻燃性能研究
作者：蔡云华
来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第11期
摘要：聚氯乙烯（PVC）是電线电缆料的重要品种，PVC具有很好的阻燃性能，但由于其中掺入了大量的增塑剂和其他助剂，致使其耐燃性不足，在燃烧时还会产生有毒气体。

因此，PVC电线电缆的阻燃抑烟是必不可少的。

本文论述了电线电缆用聚氯乙烯的阻燃剂及其性能。

关键词：聚氯乙烯；电线电缆；阻燃抑烟
无论是地面建筑还是地下工程，都要使用大量电线电缆，其中聚氯乙烯护套电缆及聚氯乙烯绝缘电线是电线电缆的重要品种之一。

PVC具有很好的阻燃性能，其含氯量达到56%，其氧指数可大于45%，但软PVC中由于加入大量易燃增塑剂，从而大大降低了软PVC的阻燃性，其氧指数最低降至22%左右。

PVC电缆由于其中掺入了大量的增塑剂和其他助剂，其耐燃性不足，在燃烧时会产生对人体有害的HCl气体，HCl还会对金属有很强的腐蚀作用。

除了产生有毒气体，还会因为一些气体燃烧不完全而产生大量的烟雾，严重影响着人民的生命和财产安全。

因此，PVC电线电缆料的阻燃和抑烟是一项重要的研究课题。

本文论述了电线电缆用聚氯乙烯的阻燃剂及其阻燃性能[1]。

1 阻燃增塑剂
对PVC阻燃首先考虑增塑剂，应采用既能起增塑作用又不太多降低阻燃性的增塑剂。

用的阻燃型增塑剂有磷酸酯含卤磷酸酯和氯化石蜡。

1.1 磷酸酯
磷酸酯增塑剂与聚氯乙烯具有良好的相容性，且具有优良的增塑、阻燃、耐磨性。

磷酸酯及卤化磷酸酯在增塑剂、阻燃剂中占有重要地位。

磷酸酯含有阻燃元素部，磷的阻燃作用是由于妨碍可燃物分解为CO2，部分的氧化或脱水反应助长了碳化，并由于分解生成偏磷酸被复于可燃物上。

常用的磷酸酯类增塑剂有磷酸三甲苯酯和磷酸三苯酯等。

磷酸三甲苯酯有良好的阻燃性和耐久性适用于对机械性能要求高的PVC制品，但因其邻位异构体有毒性而在使用上受到限制。

磷酸三苯酯阻燃性佳、挥发性小，但因其易从PVC中结晶而应注意在使用中控制用量。

此外，磷酸三（β氯乙基）酯加入聚氯乙烯氧指数显著提高，它的缺点是使塑料热稳定性下降而不利于加工。

1.2 氯化石蜡
氯化石蜡是石蜡经氯化而制得的产品。

按含氯量不同，一般有42%、52%、70%等品种。

氯化石蜡-42具有与PVC类似的结构，是塑料的增量增塑剂，挥发性小，阻燃和电绝缘性优良，能赋予制品一定的光泽和拉伸强度。

氯化石蜡-52主要作为阻燃剂和PVC的助增塑剂，广泛用于电缆料。

氯化石蜡-70是一种性能良好的添加型阻燃剂，有较好的阻燃功能、抗压强度，还有润滑、增韧、增粘、抗氧化的作用；氯化石蜡-70是目前氯系阻燃增塑剂向无污染、高纯度、高热稳定性方向发展的代表性品种[2]。

2 金属化合物阻燃剂
2.1 氧化锑
聚氯乙烯塑料阻燃的一种重要和常用的方法是利用树脂中含的氯素和氧化锑的协同阻燃作用。

有研究表明，PVC燃烧时C1，Sb生成的SbCl3起了催化脱HCl的作用。

生成的氯化锑覆盖于燃烧部分表面上起到隔绝氧气的作用，气态的氧化锑可以稀释周围的氧气，此外由于氯化锑熔融热和蒸发潜热可使周围温度下降。

Sb2O3的加入使材料氧指数明显提高，且氧指数随加入量增加而增高[3]。

2.2 含锡阻燃剂
无机锡化合物对软质PVC是一种高效的阻燃剂，具有如下优点：无毒；与卤素一起有明显的协同作用；组份量少而有效；对物理性质无明显影响；有阻燃抑烟的双重作用。

常见的含锡阻燃剂有ZnSnO3、羟基锡酸锌（ZHS）。

王建荣等研究发现，ZnSnO3不仅是软质PVC的良好阻燃剂，更是一种性能优异的抑烟剂，添加15质量份的ZnSnO3时，最大烟密度只是空白试样32.5%，LOI为30.8%。

3 硼酸盐阻燃剂
硼酸盐是一种应用广泛的阻燃剂。

在硼系阻燃剂中，硼酸锌是一种应用最为广泛的阻燃剂，将其添加聚氯乙烯电线电缆料中具有许多优点：①硼酸锌阻燃剂的无毒、价格低廉；②添加硼酸锌后，电线电缆等燃烧时有利于生成多孔碳层，碳层能被B2O3所稳定；③硼酸锌与其它阻燃剂混合使用，具有协同效应，可以减少烟雾量，并能减少阻燃剂添加量；④可减少高温熔滴，防止了二次火灾的发生。

硼酸盐的阻燃作用是由于火焰燃烧时和从聚氯乙烯中产生的HCl反应生成硼酸，硼酸在高热下，在聚氧氯乙烯混合物表面形成不燃膜。

4 无机阻燃填料
需要加入较大数量才能显示阻燃效果的称为阻燃填料，属于这类的有氢氧化铝、碳酸钙和碳酸钠铝[NaAl（OH）2CO3]。

氢氧化铝又称水合氧化铝，它价格便宜，除具有阻燃作用外，还可降低发烟量，且能中和聚合物热分解释放出的酸性气体；但应控制A1（OH）3的加入量否则将对材料的物理性能造成较大影响。

它在200℃下分解释放出H2O吸收了大量热量，使燃烧温度降低，同时水蒸汽稀释了可燃气体和黑烟，在高温下使炭微粒氧化成气体，使烟减少，因此A1（OH）3对提高氧指数及抑制发烟均有效[3]。

参考文献：
[1]四季春，郑水林，路迈西.超细活性无机复合阻燃填料在PVC中的应用研究[J].中国塑料，2005，19（1）：83-85.
[2]张亨.几种重要的有机氯系阻燃剂[J].中国氯碱，2002 （7）：25-27.
[3]张尔梅，王怡如，刘光明.阻燃聚氯乙烯电缆料及阻燃电线电缆[J].电线电缆，1986（2）：4-8.
作者简介：
蔡云华（1972- ），男，湖北黄石人，从事高分子材料研究。