PVC_纳米水滑石复合材料抑烟性研究

PVC/纳米水滑石复合材料抑烟性研究

郑秀婷,吴大鸣3,刘　颖,朱复华

(北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所,北京100029)

摘　要:用烟密度测量仪初步研究了润滑剂、分散剂等加工助剂对聚氯乙烯(PVC)燃烧发烟的影响;研究了水滑石(LDHs)不同粉体含量及其在PVC中的分散状况对抑烟效果的影响;同时研究了采取不同的燃烧测试方法对PVC 燃烧发烟量及LDHs对PVC抑烟效率的影响。结果表明:润滑剂等可燃性加工助剂可使PVC燃烧时显著发烟; LDHs对PVC的抑烟效果并不随着LDHs含量的增加而增大;较好分散的LDHs对PVC具有较好的抑烟效果;采用不同的燃烧测试方法,PVC燃烧的发烟量及LDHs对PVC抑烟效果具有显著差别。

关　键　词:聚氯乙烯;水滑石;复合材料;抑烟

中图分类号:TQ325.3 文献标识码:B 文章编号:1001Ο9278(2003)08Ο0036Ο03

Smoke Suppressing R esearch of PVC/N ano LD H s Composites

ZHEN G Xiu2ting,WU Da2ming,L IU Y ing,ZHU Fu2hua (Institute of Plastics Machinery and Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing100029,China)

Abstract:Influences of lubricants and dispersants on inflaming and smoking behavior of PVC were stud2 ied by a smoke density tester SD22A preliminarily.Effects of loadings of LDHs and its dispersion in PVC on smoke suppression were investigated also.The experimental result shows that inflammable process agent such as lubricants can make PVC smoke remarkably during inflaming;smoke suppressing efficien2 cy of PVC effected by LDHs powder doesn’t increase as the contents increase;better dispersed LDHs has better smoke suppressing effect;LDHs has obiously different effect on smoke suppressing of PVC by different inflaming test means.

K ey w ords:poly(vinyl chloride);layered double hydroxide;composite;smoke suppression

众所周知,PVC由于具有良好的使用性能和加工性能而得到迅速发展,同时又由于其燃烧时伴随着大量的烟雾和毒气给人们的生命财产带来巨大损失而限制了其广泛应用。因而PVC的阻燃抑烟问题一直受到人们的普遍关注,是阻燃研究领域中亟待解决的问题[1]。

水滑石(Layered double hydroxides,简称LDHs)化学成分为:双羟基复合金属氧化物,是一种具有特殊结构和性能的新型无机二维纳米材料,晶粒尺寸一般为(20×60)nm。在MgAl2CO32LDH的结构组成中具有结晶水、羟基和碳酸根离子,并且其层间含有碱性位。其中典型的水滑石类化合物Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O,

收稿日期:2003Ο04Ο15

3联系人其结构非常类似于水镁石Mg(OH)2的结构,由MgO6八面体共用菱形成单元层,位于层板上的Mg2+可在一定范围内被半径相似的Al3+同晶取代,使Mg2+、Al3+、OH-层带正电核,层间具有可交换的阴离子如CO32-与层板正电荷平衡,使整体结构呈中性。此外,在氢氧化物层中同时存在着一些水分子,这些水分子可在不破坏层状结构的条件下除去,而LDHs层间受热脱出的H2O及羟基分解产生的H2O均能稀释空气中的氧和聚合物分解生成的可燃性气态产物,MgAl2CO32LDH 结构中的CO32-受热分解放出的CO2同时利于阻隔氧气而起到阻燃效果。此外,LDHs层板上含有碱性位对酸性气体应有吸附作用,可以有效地吸收由HCl而产生的酸雾,而且LDHs在高温热分解所产生的镁铝复合金属氧化物(MgAlO)具有较大的比表面积和表面吸附性对PVC燃烧时产生的烟雾具有较好的吸附性。

第17卷　第8期中　国　塑　料Vol.17,No.8 2003年8月CHINA PLASTICS Aug.,2003

因此从理论上可以推测LDHs 的特殊结构能够在PVC 燃烧时表现出阻燃抑烟性能[2～4]。

本文用烟密度测量仪研究了影响PVC 燃烧发烟的因素,即润滑剂、分散剂等加工助剂对PVC 燃烧发烟的影响,这些实验结果可以用来指导PVC 抑烟制品的配方;用实验验证了LDHs (Mg 2Al )水滑石含量以及其分散性对PVC 抑烟效果的影响,这对于开发新型抑烟剂及研究其抑烟机理均有指导意义;在实验中还分别采取了有焰燃烧和无焰燃烧两种不同的测试方法,发现LDHs 将更适合要求阻燃低烟的场合。

1　实验部分

1.1　实验原料

水滑石(LDHs ),北京化工大学可控化学反应与技

术重点实验室;

聚氯乙烯(PVC ),SG 25型,北新建筑材料公司;乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA ),18/2,韩国;硬脂酸钙(CaSt ),温州市化学用料厂;

氧化聚乙烯(OPE ),北京化工大学精细化工厂。

1.2　主要设备和仪器

高速混合机,

GRH 210,辽宁阜新市轻工机电设备厂;

双螺杆挤出机,SL F 235B 型,四川广汉机械厂;

双辊混炼机,SK 2160B ,上海橡胶机械厂;平板硫化机,QLB 2D600×600×2型,铁岭化工机械厂;

烟密度测量仪,SD 22A ,中国船舶工业总公司第七二五研究所。1.3　试样的制备

母粒的制备如下:

PVC/nano 2LDHs 复合材料的制备如下:

1.4　性能测试

烟密度测试:将压制好的厚度为1mm 的样片用制样机裁成(75×75)mm 的正方形。用烟密度测量仪按照

ASTM 2E662—95(有焰和无焰)标准进行烟密度测试。

2　结果与讨论

2.1　润滑剂和分散剂对发烟影响

图1为润滑剂和分散剂对PVC 燃烧发烟影响的烟密度(D s )曲线图(烟密度无焰测试结果

)。比较曲线1和3可以看出润滑剂的加入大大增加了PVC 燃烧时的发烟量,其最大烟密度增加了36.2%,这说明CaSt 和OPE 等可燃性加工助剂的加入可显著增加PVC 燃烧时的发烟量。同时比较曲线2和3可见分散剂的加入对PVC 燃烧时的发烟量基本上没有明显影响。

1—纯PVC 2—PVC 中添加润滑剂和分散剂

3—PVC 中添加润滑剂

图1　润滑剂和分散剂对PVC 燃烧发烟的影响

Fig.1　Lubricant and dis persing agents ’effect

on PVC ’s inflaming and smoking

2.2　不同的LD H s 含量对抑烟效率的影响

◆—PVC ■—PVC 中添加3份LDHs ▲—PVC 中添加5份LDHs

图2　填加不同含量的LDHs 对PVC 抑烟性的影响

Fig.2　Smoke suppressing of PVC effected by LDHs

powder of different contents

图2为纯PVC 分别填加3份和5份LDHs 的PVC 的烟密度曲线图(烟密度无焰测试结果)。由图可见,LDHs 的加入使最大烟密度下降30%左右,大大减少PVC 燃烧的发烟量,显现出了明显的抑烟效果。但是,抑烟效率并没随着LDHs 含量的增加而增大,根据实验结果分析这可能与LDHs 在PVC 中的分散状况有关,LDHs 的加入量提高,从理论上推测能提高其抑烟效率,但是LDHs 为纳米层状双羟基金属氧化物,由于纳米粒子的表面效应而具有巨大的表面能,非常容易团聚;同时随着LDHs 含量的提高其团聚的几率增大,

　2003年8月中　国　塑　料・37　・