pvc的阻燃和抑烟

Pvc的阻燃与抑烟

黄某某

某某某大学 07级材料化学

摘要 :聚氯乙烯，即pvc材料从涉足阻燃耐火领域以来，取的了一些重大

突破，综述了近几十年来PVC 阻燃抑烟方面的研究成果,对PVC 阻燃抑

烟体系的种类及特点、阻燃抑烟机理、评定指标、分析测试方法进行了

总结和评述,同时对PVC 阻燃抑烟体系今后的研究方向做了展望。

关键词：聚氯乙烯;阻燃;抑烟;进展

概述

PVC 因加工性能良好、价格低廉,被广泛应用于工业、农业、交通、

建筑、通讯、医疗卫生等各领域,如工业零配件、蓬布、水管、塑料门窗、电缆保护套、医用制品等。正因为其用量巨大且应用领域还在不断拓展,

人们对PVC 的性能提出了更高的要求。其中PVC 的阻燃和抑烟问题就一

直是一个方兴未艾的研究热点。过去,人们一直将PVC 视为不可燃材料,

但事实并非如此,在剧烈条件下, PVC 不仅能够顺利燃烧,而且燃烧时还能

产生浓烟,这些浓烟含有大量有毒有害气体(如一氧化碳、苯类、氯化氢

等) ,这就形成了严重的火灾隐患。美国的统计表明,在一些火灾事故中, PVC 等高分子材料燃烧产生大量有毒烟雾,因吸入这些毒烟而窒息致死的

人数往往占死亡人数的一半以上,如1972 年5月13 日,日本大阪7 层的“千日”百货大楼火灾死亡118 人,其中毒烟致死93 人,约占死亡人数80 %。

此外,浓烟还极大地妨碍了消防救助工作的展开,使更多的人无法得到及时

的援助、逃离火海、避免伤亡。如1980 年6 月23 日,美国纽约42 层的

“韦斯特威克”大楼火灾死亡137 人,火灾现场竟有125 名消防队员被毒

烟熏倒。在享受各种新材料带给我们更加美好生活的同时,如何尽可能地

解决好使用安全性问题是每一个材料领域工作者义不容辞的责任。为解

决PVC 的使用安全性问题,研究者在过去的30 年间对PVC 的阻燃和抑烟

问题进行了广泛深入的研究,见诸文献的非常多。d各位学者根据各自的

实验数据,提出了多种阻燃抑烟体系,并建立了相应的化学模型,同时还形成

了不同的阻燃抑烟理论。这些理论,有的已在实际应用中取得了良好的指

导效果。本文即是在对这些文献进行整理的基础上,就PVC 阻燃抑烟体系

的种类及特点、阻燃抑烟机理、评定指标、分析测试方法进行总结和评

述,同时对今后PVC 阻燃抑烟体系的研究方向做了展望。

1·PVC 阻燃抑烟剂的种类及特点

对于PVC 体系,同时具有阻燃抑烟双重效果的助剂主要有:金属氧化

物、锌系化合物、铁系化合物、铜系化合物、钼系化合物和复合物等。

所有这些阻燃抑烟剂均以掺混的形式加入PVC 体系中,即均为外添型阻燃

抑烟剂。

1. 1 金属氧化物阻燃抑烟剂

金属氧化物(MxOy ) 是目前使用最多、最有效的PVC 阻燃抑烟剂,分

为酸性、碱性与两性3大类。不同类型的金属氧化物对PVC 热解历程有不

同的影响,从而产生不同的阻燃抑烟效果。通常在PVC/ MxOy 体系的燃

烧过程中, 酸性MxOy 促进Cl 原子重组;碱性MxOy 阻碍Cl 原子重组(Cu、Zn、Zr 元素的金属氧化物除外) ; 两性MxOy 介于上述两种情况之间。MxOy 能有效提高体系的氧指数,降低烟密度,增加成炭量;使热解产物中

芳香族挥发分比例减少,脂肪族挥发分比例增加。比较而言,过渡金属氧化

物的阻燃抑烟效果最好。对于金属氧化物的阻燃抑烟规律,石西昌等曾作

过尝试性研究[4 ] ,他们从PVC/ 金属氧化物体系在燃烧过程中的最大烟密

度( Dm) 与金属元素的族序数的关系入手,得出如图1、2 所示的结果。由

图1 、2 可见,尽管规律性不强,但仍给我们一定的启示:不同的金属氧化物,

其抑烟效果有很大的差异。

1. 2 锌系化合物阻燃抑烟剂

能用于PVC 阻燃抑烟的锌系化合物主要为硼酸锌

(2ZnO·3B2O3·3.5H2O) 。最早大量用于PVC 的阻燃剂为三氧化二锑(Sb2O3) [9～10 ] ,但进一步的研究发现,三氧化二锑目前市售品种有: 美国Borax 公司的Fire2brake ZB 系列,Climax 公司的ZB 系列等。

1. 3 铁系化合物阻燃抑烟剂

铁的许多有机或无机化合物均为PVC 良好的阻燃抑烟剂, 主要包括: FeOOH、二茂铁、Fe2O3 、FeCl3 及FeCl2 等。这类阻燃抑烟剂的主要特点如下: (1) 能显著

提高该体系的氧指数,降低烟密度,提高成炭量;(2) 能提高体系的热稳定性,降低体系的最大热释放速率,提高机械强度,改善加工性能,但对结晶性能有不良影响; (3) 气相和液相两相反应; (4) 挥发性强; (5) 色重。在PVC 燃

烧中的行为模式:无论哪种形式的铁系化合物,在与PVC 脱出的HCl 反应后,首先均生成第一步反应中心作用物FeCl3 ;继续反应生成第二步反应中心作用物Fe2O3 ;成烟结束后均变为αFe2O3 。

1. 4 铜系化合物阻燃抑烟剂

用作PVC 阻燃抑烟体系的铜系化合物主要有:Cu、CuO、Cu2O 和Cu (COOH) 2 等。这类阻燃抑烟剂的主要特点: (1) 十分有效地抑制了烟的

生成和提高体系的阻燃性能; (2) 使体系脱HCl 以及交联反应均提早发生,并且成炭量大大增加; (3) 使热解气相产物中芳香族产物比例减少,脂肪族产物比例增加; (4) 典型的凝聚相反应; (5) 在体系热解过程中,中心作用物为Cu + 。

1. 5 钼系化合物阻燃抑烟剂

用作PVC 阻燃抑烟体系的钼系化合物主要有氧化钼(MoO3 ) 、钼酸镍、钼酸锌、钼酸钙、八钼酸铵等,其中研究最多的是氧化钼。氧化钼主