新型阻燃剂水滑石在EVA复合材料中的燃烧特性和阻燃性能

新型阻燃剂水滑石在EVA复合材料中的燃烧特性和阻燃性能

杜隆超，瞿保钧*

中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,高分子科学与工程系,合肥，230026 关键词：水滑石 EVA 无卤阻燃协效

随着聚合物材料应用领域的不断扩大，由聚合物材料着火引起的重大火灾事故时有发生，这已引起了人们的普遍关注。传统的聚合物阻燃大都是采用添加含卤的阻燃剂来实现。这些含卤的阻燃聚合物材料虽然具有优良的阻燃性能，但是遇到火灾会产生大量的有毒烟雾和腐蚀性的卤化氢气体。据报道，世界上因火灾事故而死亡的人中，80％以上是因为材料燃烧时散发出的烟雾和毒性气体使人窒息而死，而无卤阻燃剂，特别是无机氢氧化物阻燃剂具有极好的消烟作用，可以避免含卤阻燃材料燃烧时所释放出的大量有毒烟雾和腐蚀性气体，成为国际上阻燃材料的主要发展方向。

氢氧化镁和氢氧化铝阻燃剂是目前国内外无机阻燃剂中应用量最大，发展最快的两种。水滑石是一类层状无机材料，兼有氢氧化镁和氢氧化铝类似的结构和组成，受热分解时释放大量水和二氧化碳，并吸收大量热，能降低燃烧体系的温度；分解释放出的水蒸汽和二氧化碳气体能稀释和阻隔可燃性气体，因此是很有希望的对环境友好的消烟型无毒无卤阻燃剂新品种。然而，由于天然水滑石在自然界的分布非常有限，远不如氢氧化镁和氢氧化铝丰富，因此，本文在合成水滑石的基础上比较选择了与其粒径相同的氢氧化镁和氢氧化铝样品，利用锥板量热器，氧指数测定仪，热重分析仪等方法研究和比较了水滑石与氢氧化镁和氢氧化铝在EVA共聚物中的燃烧特性和阻燃性能，以及它与微胶囊化红磷(MRP)的协同阻燃效果。

1．EVA/水滑石复合材料的燃烧特性

图1比较了阻燃剂含量为50 wt％时，EVA与水滑石，氢氧化镁，氢氧化铝复合材料的热释放速率（HRR）。从图中可见，当无机阻燃剂加入后，材料的燃烧时间明显的延长，最大热释放峰值（PHRR）也极大的降低，而且燃烧曲线成双峰

*联系人,E-mail:qubj@

分布。比较三种无机阻燃剂的燃烧数据，可以发现，水滑石的阻燃效果最为明显，它与EVA的复合材料的HRR最低。氢氧化镁阻燃EVA的PHRR为312 KW/m2,氢氧化铝的为309 KW/m2，而水滑石的仅为233 KW/m2。

2

物的热失重行为。从图3（a）中可见，EVA与水滑石的复合物在100-300℃有一个失重台阶，对应的DTG峰温在200℃，比EVA与氢氧化镁，EVA与氢氧化铝的复合物的第一个失重温度低，也比纯EVA的第一个失重温度低。文献报道表明[2]，阻燃剂的分解温度低于聚合物的分解温度时，可以有效地提高其在高温下的热分解温度。

D r T G A (m g /s e c )

Temperature (o

C)

W e i g h t l o s s (%)

Temperature (o

C)

D r T G A (m g /s e c )

W e i g h t l o s s (%)

4．水滑石与微胶囊化红磷的协同阻燃作用

为了研究水滑石与MRP 的协同阻燃作用，在保持阻燃剂总量为50wt%不变的情况下，我们用2wt%,5wt%,10wt%,15wt%的MRP 等量取代水滑石。图5比较了这些样品的HRR 曲线。从图中可见，当MRP 加入后，复合材料的HRR 明显降低，这表明水滑石与MRP 有协效作用。但当MRP 用量增加到15wt%，HRR 又开始上升，这可能是MRP 本身可以燃烧所致。

参考文献：

[1] 李蕾，张春英，矫庆泽，段雪.无机化学学报， 2001，17:113-118.

[2] Kashiwagi T, Glman JW, Nyden MR, Lomakin SM, The Royal Society of Chemistry, Cambridge,1998,175.

Flammability characterization and flame retardant properties of hydrotalcite in EVA composites

Longchao Du, Baojun Qu*

State Key Laboratory of Fire Science and Department of Polymer Science and Engineering,University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China Abstract

The flammability characterization and flame retardant properties of hydrotalcites and its synergistic effect with microencapsulated red phosphorus (MRP) were investigated by cone calorimeter test (CCT), thermogravimetric analysis (TGA) and limiting oxygen index (LOI). The results obtained by comparison of hydrotalcites with magnesium hydroxide (MH) and aluminum hydroxide (AH) at the same content of flame retardant show that hydrotalcites have better flame retardant properties than MH and AH. The LOI values of EV A/hydrotalcite composite are 3-4% higher than that of the corresponding MH composite at the 40 to 60 wt% additive amount and 6% higher than that of the corresponding AH composite at the 40 wt% additive amount. The CCT data evince that the EV A/hydrotalcite system has the lowest heat release rate among the three kinds of retardant systems. The best retardant properties of EV A/hydrotalcite system are due to the lower degradation temperature of hydrotalcite than that of EV A resin at the first stage that leads to increase degradation temperature of EV A/hydrotalcite and hydrotalcite can release more gas than MH and AH at high temperature. The CCT data also evince that the addition of MRP can reduce the heat release rates of EV A/hydrotalcite blends.

Keywords: Hydrotalcite; EV A; Halogen-free flame retardant; Synergistic effect