ZHS包覆粒子對軟質(zhì)PVC材料的阻燃抑煙作用

郭宇超

摘 要：本文在前人研究的基礎(chǔ)上，制備以8.2%ZHS包覆的MH、M-HOS、ATH、CC粒子，通過熔融共混法將上述包覆粒子與PVC混合，利用極限氧指數(shù)、垂直燃燒、熱重分析、錐形量熱等手段來研究他們對軟質(zhì)PVC材料的熱穩(wěn)定性和燃燒性能的影響。

關(guān)鍵詞：聚氯乙烯；ZHS包覆粒子；阻燃抑煙性；錐形量熱儀

1引言

聚氯乙烯（PVC）因具有絕緣性、耐老化且成本低的特點被廣泛用于各種材料的加工，但因其燃燒時會釋放有毒有害氣體并釋放大量熱，會對人體環(huán)境造成傷害，所以對PVC阻燃材料的研究很是關(guān)鍵。在眾多可用于阻燃軟質(zhì)PVC的阻燃劑中無機阻燃劑是應(yīng)用開發(fā)較為理想的無公害阻燃劑，它們具有熱穩(wěn)定性好、無毒、抑煙、不揮發(fā)、不產(chǎn)生腐蝕性氣體等優(yōu)點[1-2]，其中羥基錫酸鋅阻燃效率較高，具有良好的阻燃抑煙效果，但其價格較高[3]，因此尋求羥基錫酸鋅包覆粒子的方法及最佳包覆比以形成復(fù)合阻燃材料來降低成本且達到更好的阻燃抑煙效果顯得尤為重要。

2實驗部分

2.1 ZHS包覆鎂鹽晶須粒子的制備

2.1.1原料與試劑

結(jié)晶四氯化錫（Sncl4·5H2O，A.R.）；氯化鋅（ZnCl2 ，A.R.）；氫氧化鈉（NaOH，A.R.）；無水乙醇（abs.alc，A.R.）；鎂鹽晶須（M-HOS）：工業(yè)級，江蘇山達化工有限公司生產(chǎn)。

2.1.2實驗儀器

電子天平，JD/20-3，沈陽龍騰電子有限公司；

懸臂式恒速強力電動攪拌機，JJ-1B，常州潤華電器有限公司；

高速冷凍離心機，GL-21MS，賽特湘儀離心機儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9030A，鞏義市科瑞儀器有限公司。

2.1.3實驗步驟

本文采用共沉淀法制備羥基錫酸鋅包覆粒子，以NaOH做為沉淀劑，在Sn4+ ， Zn2+共存的水溶液中包覆無機阻燃劑粒子。具體過程如下：（1）將2.74gZnCl2溶于200ML蒸餾水中，加入64.32g無機阻燃劑，將其加入三頸瓶中；（2）7.02gSnCl4·5H2O溶于100ML無水乙醇，將其加入到三頸瓶中，待混合溶液攪拌均勻后緩慢撥入8.18gNaOH，并強烈攪拌，（3）將32gNaOH溶于400ML蒸餾水中，并緩慢滴加到三頸瓶中，待滴加完成后直接加入500ML蒸餾水，使得反應(yīng)體系的最終PH值為11.5～12.5之間，在室溫靜置8小時后將沉淀物過濾、并用蒸餾水、無水乙醇分別離心洗滌多次，直至滴加AgCl溶液后無沉淀產(chǎn)生，然后放入65℃烘箱中烘干，研磨待用。

ZHS制備反應(yīng)方程式為：

制備的ZHS包覆無機粒子阻燃劑的包覆比為8.2%。

2.2 阻燃抑煙軟質(zhì)PVC的制備

2.2.1 實驗原料與試劑

PVC樹脂：S-700型；ZHS包覆粒子：自制；鈦酸脂偶聯(lián)劑：HY-201；

有機錫穩(wěn)定劑：二丁基二月桂酸錫；對苯二甲酸二辛酯（DOTP）、三鹽基硫酸鉛（TBLS）、硬脂酸（St）、硬脂酸鈣（CaSt）：工業(yè)級。

2.2.2實驗儀器

1.00兆牛半自動壓力成型機：HPC-100（D），上海西瑪偉力橡塑機械有限公司；

XK開放式煉膠機：XK-160，無錫市新華橡塑機械廠；

高速混合機：SHR-10A，張家港市億利機械有限公司。

2.2.3實驗步驟

如表2-1所示為樣品制備的配方（以ZHS包覆MH為例）；

表2-1 阻燃抑煙軟質(zhì)PVC材料的基本配方（質(zhì)量百分比，%）

將PVC、各種助劑分別與羥基錫酸鋅包覆的氫氧化鎂、鎂鹽晶須、氫氧化鋁、碳酸鈣混合均勻后，在XK開放式煉膠機上160℃開練10Min，在165℃用平板硫化機上將制備的軟質(zhì)PVC材料熱壓成厚底尺寸適宜的板，然后在切片機上按照標(biāo)準(zhǔn)制樣用于各種測試。

2.2.4性能測試

極限氧指數(shù)（LOI）：使用由南京市江寧區(qū)分析儀器廠生產(chǎn)的HC-2型氧指數(shù)測定儀，將試樣裁剪成尺寸為100mm×6.5mm×3.0mm的樣條，并按照GB/T 2406-93《塑料燃燒性能測試方法 氧指數(shù)法》進行測試。

垂直燃燒測試（UL 94V）：使用由南京市江寧區(qū)分析儀器廠生產(chǎn)的CZF-2型綜合垂直燃燒測定儀，按照GB/T5455-1997《紡織品 燃燒性能測試 垂直法》規(guī)定裁剪成尺寸為100mm×13mm×3.0mm的樣條并進行垂直燃燒的測定。

錐形量熱計實驗（CONE）：按照IS05660標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，在錐型量熱計（英國Stanton Redcroft公司生產(chǎn)）上測試。試樣的尺寸為100×100×3mm3。試驗時所用的輻射熱通量為35KW/m2。

3 結(jié)果與討論

3.1 ZHS包覆粒子阻燃劑對軟質(zhì)PVC的阻燃作用

限氧指數(shù)的數(shù)值用樣品被引燃至燃燒時間3min時所需要的氧、氮混合氣體中最低氧的體積百分比濃度來表示，一般認(rèn)為LOI<22屬易燃材料，22≤LOI<27屬可燃材料，LOI≥27屬難燃材料。

UL-94 垂直燃燒法是在室溫條件下測定試樣有焰燃燒的時間及燃燒狀態(tài)的試驗方法。該方法是對垂直放置的樣條底端分別施加兩次10s的燃燒測試，從離開點火源開始計時，若樣條兩次火焰熄滅時間之和小于10s界定為V0，兩次熄滅時間介于10s與30s界定為V1，大于30s時樣品作廢。

測定制備好的軟質(zhì)PVC樣品的阻燃抑煙性能，并對ZHS包覆無機粒子阻燃劑的機械性能進行研究，根據(jù)實驗結(jié)果可知：

未添加阻燃劑的UL 94 V的測試值為V1，添加任一阻燃劑后均為V0，阻燃劑的添加提高了軟質(zhì)PVC材料的垂直燃燒等級；以35份阻燃劑制備的軟質(zhì)PVC材料為例，添加羥基錫酸鋅包覆粒子阻燃劑后，M-HOS的阻燃效果最好，MH、ATH的LOI相等并次之，CC再次之，前者的LOI值分別比后者高1.6個、1.6個、3.3個百分點。