软质PVC阻燃及抑烟

研究意义

对软质聚氯乙烯低发烟效能的研究已成 为国际上的热门课题，开发一种具有良 好的机械性能、电性能、耐候性能的低 发烟、高阻燃聚氯乙烯材料具有十分重 要的应用价值和广阔的应用前景
北京化工大学材料科学与工程学院
成型加工工艺

氢氧化铝及氢氧化镁的表面处理工艺 软质PVC加工工艺流程
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第一次分解 第二次分解
热分解过 Mg(OH)2/AT 程温度范 H质量比 吸热温度 DSC吸热 吸热温度 围/℃ DSC吸热 范围℃ 值/J/g 范围/℃ 0.62 257~283 514.5 354~374 637.9 257~374
1.67
211~271
327.6
417~444
578.5
211~444
（着火，有焰燃烧）
高聚物
分解
（吸热）
炭化残渣
热源
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热量反馈
PVC燃烧时的作用机理
产生烟雾的代表机理如下: PVC树脂在燃烧时发生脱HCl反应 并以共轭双键结合形式生成不饱和基 链的断裂、环化，生成烟碳
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PVC燃烧时的作用机理
H C H H C H H C H H C H H C H H C
H C
H C
H C
H C
H C
H C
H
CH3
O
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塑料阻燃途径之一
通过化学的方法在聚合过程中使聚合物主 链上引入阻燃性良好的化学基团 优点: 阻燃持久，对塑料的物理和机械 性能影响较小 缺点: 工艺复杂，成本也较高
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易燃的塑料阻燃途径之二
三氧 化钼 含量 （ ％）
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硼酸锌含量与氧指数的关系
33.0
平 均 氧 指 数％
32.8 32.6 32.4 32.2 32.0 31.8 31.6 31.4 31.2 31.0 30.8 5 6 7 8 9 10
硼酸锌 含 量（ ％）
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三氧化二锑含量与氧指数的关系
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含钼阻燃剂
三氧化钼的主要特点是 :能有效地提高体系 的阻燃性能并抑制烟的生成 ;其气相反应不 重要,阻燃抑烟主要是按照凝聚相反应与气 相反应机理进行；对残炭的氧化作用对于 烟密度的降低很重要 对大量钼化物抑烟作用的研究发现，钼化 物促进焦炭生成

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K3
k1=K1/3 k2=K2/3 k3=K3/3
97.3
32.4 31.53333 32.43333
98.3
31 32.6 32.76667
98
31.6 32.1 32.66667
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三氧化钼含量与氧指数的关系
40 38
平 均 氧 指数％
36 34 32 30 28 26 24 22 20 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
氢氧化铝阻燃剂 氢氧化镁阻燃剂
锑系阻燃剂
含硼阻燃剂
含钼阻燃剂
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氢氧化铝阻燃剂
氢氧化铝的阻燃作用机理： 吸收热量、降低温度 减缓降解速度 放出大量水蒸气 在燃源和基质材料之间形成不燃烧的壁障 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O
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32.8 32.6
平 均 氧 指数％
32.4
32.2
32.0
31.8
31.6 5 6 7 8 9 10
三氧 化二锑 含量 （ ％）
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结论
经偶联剂处理过的阻燃剂，由于其与基体 的界面结合力增强了，从而使力学性能得 到提高 通过正交设计实验配方，可以得知三氧化 钼的用量对聚合物的阻燃效果不明显，而 随者硼酸锌和三氧化二锑的用量的增加其 阻燃效果越来越好
良好的阻燃性 其含氯量达56％ 氧指数为～45
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软质PVC的阻燃性
加入大量的增塑剂 其氯含量可降至36％ 氧指数最低可降至22
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聚合物的燃烧过程
不燃性气体 烟尘 空气 可燃性气体 空气 （无焰燃烧） 燃烧产物 ＋ 热

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含硼阻燃剂

硼酸锌与卤素阻燃剂RX混合使用，当接近火 源时，生成卤化硼和卤化锌，并释放出结晶水， 同时燃烧时产生的HX继续与硼酸锌反应生成 卤化硼和卤化锌。上述反应生成的卤化硼和卤 化锌可以捕捉气相中的反应活性很强的HO· 、 H· ，中断燃烧的链反应，在固相中能促进生成 致密而坚固的炭化层，同时在高温下硼化物在 可燃物表面形成玻璃状固熔物包覆于聚合物材 料表面，这种玻璃状物质既可隔热又可隔绝空 气
氢氧化铝及氢氧化镁的表面处理工艺
偶联剂
氢氧化镁/氢氧 化铝
干燥氢氧化 镁/氢氧化铝
改性氢氧化 镁/氢氧化铝
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软质PVC加工工艺流程
PVC树脂 PVC混料 各种助剂 PVC粒料
PVC片材
制样
测试
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不同镁铝比时镁铝复合阻燃剂的热分解行 为比较
锑系阻燃剂

三氧化二锑与有机卤化物相互作用的机理为（以氯/锑 体系为例）：
Sb2O3+HCl SbOCl Sb4O5Cl2 Sb2O4Cl 245~565 245 ~280 410 ~425 479 ~565 2SbOCl+H2O Sb4O5Cl2 +SbCl3(g) Sb2O4Cl+ SbCl3(g) Sb2O3+ SbCl3 (g)
通过共混阻燃剂的方法使其具有阻燃性 目前塑料的阻燃仍绝大多数采取此种方法

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阻燃剂分类
按是否参与高分子材料化学反应分类 按阻燃剂所含元素分类
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阻燃剂分类
反应性阻燃剂 添加型阻燃剂
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阻燃剂分类

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THANKS
2007.12.12
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有机阻燃剂: 磷系阻燃剂 卤系阻燃剂（包含氯系、溴系两种） 氮系阻燃剂（包含氰胺类、氨基磺酸铵等）
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阻燃剂分类
无机阻燃剂: 锑化合物 赤磷和磷酸类 硼化合物 氢氧化铝和氢氧化镁 锆化合物和铋化合物
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常用无机阻燃剂作用机理
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偶联剂用量对材料力学性能的影响
11.0 10.8 220
度
10.6 10.4 10.2 10.0
210
强
断
拉
断
伸
裂
强
伸
度
长 率
200
伸
裂
拉
伸
9.8 190 9.6 9.4 180 0 1 2
长 率
偶
联
剂
用
量
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正交实验表
试验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 三氧化钼 1 1 1 2 2 2 3 3 3 97.2 94.6 硼酸锌 1 2 3 1 2 3 1 2 3 93 97.8 三氧化二锑 1 2 3 2 3 1 3 1 2 94.8 96.3 氧指数 30.5 32.9 33.8 30.6 32.3 31.7 31.9 32.6 32.8 平方 930.25 1082.41 1142.44 936.36 1043.29 1004.89 1017.61 1062.76 1075.84
氢氧化镁阻燃剂
氢氧化镁在阻燃机理上与ATH相似： 氢氧化镁受热分解产生水蒸气吸收潜热降 低材料表面火焰的实际温度，其冷却效应 抑制了高聚物分解和产生可燃气体； 分解产生的 MgO是良好的耐火材料，能提 高合成材料的抵抗火焰的能力 Mg(OH)2 MgO +H2O

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Fra Baidu bibliotek软质PVC阻燃及抑烟的研究
苑会林 北京化工大学 材料科学与工程学院
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聚氯乙烯特点
阻燃 耐腐蚀 绝缘 原材料来源广泛
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软质聚氯乙烯的应用
薄膜
绝缘材料
防腐材料 建筑材料
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硬PVC树脂的阻燃性