超細(xì)氫氧化鎂在PVC 壓延膜中應(yīng)用

彭鶴松，吳維冰，邱文福，馮才敏，2

(1.江西廣源化工有限責(zé)任公司，江西吉安 331500；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕化與材料學(xué)院，廣東佛山 528333)

聚氯乙烯(PVC)壓延膜廣泛應(yīng)用于充氣玩具膜、大棚膜、人造皮革、燈箱廣告膜、糧食儲藏膜、防滲土工膜、包裝膜、鹽膜、工業(yè)用薄膜、臺布膜、地板革、坑布革、防水卷材等制品中[1]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，PVC 壓延制品得到快速的發(fā)展[2]。

PVC 壓延膜中通常需要添加增塑劑來提高膜的柔軟性及其它性能。然而，在PVC 中添加增塑劑后，PVC的阻燃性能會變差。為了改善PVC的阻燃性能，通常在體系中添加少量的三氧化二銻作為協(xié)效阻燃劑，提高PVC的阻燃性能。但是PVC 與三氧化二銻匹配在獲得高效阻燃的同時，產(chǎn)生了大量的有毒有害煙霧，對環(huán)境和人體都造成了巨大的傷害。因此，研究高效低煙的PVC 阻燃體系具有重要的意義[3]。氫氧化鎂(MH)是無機阻燃劑，具有一定的抑煙作用，同時能釋放水氣，稀釋可燃?xì)怏w和空氣，從而起到阻燃作用，應(yīng)用于不同高分子基材的阻燃改性，獲得了較好的效果[4–9]。但是，在PVC 制品中，MH 作為三氧化二銻的替代劑兼抑煙劑研究的不多。

筆者選取了江西廣源化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的特殊改性超細(xì)MH 應(yīng)用于PVC 壓延膜中，采用極限氧指數(shù)(LOI)、煙密度、拉伸強度和表面硬度等指標(biāo)分析了MH 替代三氧化二銻后PVC 壓延膜的阻燃性能和力學(xué)性能，獲得了性價比高的配方體系，為超細(xì)MH的應(yīng)用及降低PVC的使用成本推廣提供技術(shù)支持。

1 實驗部分

1.1 原料及配方

PVC：牌號SG5，甘肅銀達化工有限公司；

超細(xì)MH：GY–3000，江西廣源化工有限責(zé)任公司；

復(fù)合穩(wěn)定劑(鋇鉻鋅穩(wěn)定劑)：HL–45，石家莊聚源豐化工有限公司；

超細(xì)CaCO3：GY–616，江西廣源化工有限責(zé)任公司；

鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)：市售。

1.2 主要儀器及設(shè)備

開煉機：KY–3203型，東莞市厚街開研機械設(shè)備廠；

壓片機：KY–3201–A型，東莞市厚街開研機械設(shè)備廠；

萬能材料試驗機：CMT–6104型，美斯特工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司；

電子比重計：DH–300型，北京儀特諾電子科技有限公司；

激光粒度儀：MS–3000E型，英國馬爾文儀器有限公司；

比表面積儀：NOVE2000e型，美國康塔儀器有限公司；

煙密度儀：ATS–JCY–03型，上海埃提森儀器科技有限公司；

LOI 測試儀：JF–3型，揚州昌哲試驗機械有限公司；

掃描電子顯微鏡（SEM）：SU8010型,日本日立HITACHI 公司；

水平垂直燃燒測試儀：CZ9040型，揚州昌哲試驗機械有限公司。

1.3 試樣制備

按表1 配方稱取原料進行配料，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笤陔p輥開煉機混煉成膜，混煉溫度170℃，混煉時間10 min；將混煉好的物料按一定厚度下料取膜，在小型壓片機上壓片，溫度160℃，保壓3 min；將壓制好的片材經(jīng)自動取樣器裁剪后進行性能測試。

表1 PVC 壓延膜質(zhì)量配方 份

1.4 性能測試

粒徑分布：采用激光顆粒分布測量儀測量CaCO3粒子粒徑分布。

拉伸強度按GB／T 1040–2018 測試，拉伸速率為50 mm／min。

密度按GB／T611 方法測試。

比表面積：采用液氮吸附比表面積多點測試。

煙密度按照GB／T 8627–2007 測試。

白度按照GB／T 5950–2008 測試。

吸油量按照DB／T5211.15–2014 測試。

邵氏硬度D 按GB／T 2411–80 測試。

垂直燃燒按照GB／T 2408–2008 測試。

LOI 按照GB／T 2406.2–2009 測試。

SEM 觀察：低電壓模式下，未噴金直接觀察，電壓是2 kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 超細(xì)MH的性能

圖1 為超細(xì)MH的SEM 照片。由圖1的SEM照片可以看出，MH 呈長條形的顆粒狀。表2 為超細(xì)MH的性能。由表2 可以看出，超細(xì)MH的粒徑達到超細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，且比表面積大，白度也滿足生產(chǎn)需求。

圖1 超細(xì)MH的SEM 照片

表2 超細(xì)MH的性能

2.2 MH 對PVC 壓延膜阻燃性能的影響

(1)殘?zhí)课⒂^形貌分析。

圖2 示出不同MH 含量及三氧化二銻的PVC壓延膜殘?zhí)康腟EM 照片。

圖2 不同MH 含量及三氧化二銻的PVC 壓延膜殘?zhí)康腟EM 照片

由圖2 可看出，只添加三氧化二銻作為協(xié)效劑，殘?zhí)勘砻嫫秸?，沒有明顯的裂紋；當(dāng)三氧化二銻的含量下降，相同MH 含量的情況下，殘?zhí)勘砻嫘纬闪烁嗟奈⑶?，并逐步形成更多的裂縫；同時，當(dāng)三氧化二銻含量相同時，隨著MH的增加，殘?zhí)勘砻嬷饾u出現(xiàn)裂紋，當(dāng)MH 含量為12 份時，裂紋最為明顯。由此可見，MH 替代部分三氧化二銻后，在殘?zhí)勘砻嫘纬闪四突鸬腗gO 微球，這些微球能在一定程度上提供覆蓋功能，提高阻燃性能；同時，MH 在燃燒過程中釋放出來的水氣能稀釋可燃性氣體和空氣，并且，釋放的水氣過多時也會在一定程度上破壞炭層的致密性，從而降低阻燃性能[10–15]。因此，從SEM 照片看，三氧化二銻的添加量為2 份，MH 添加量為4 份時，殘?zhí)康闹旅苄宰罴选?/p>

(2) MH 對PVC 壓延膜LOI的影響。

圖3 示出不同MH的PVC 壓延膜的LOI。由圖3 可以看出，當(dāng)三氧化二銻用量為2 份時，隨著MH的添加量的增大，復(fù)合材料的LOI 值逐步增大，其中MH 添加量為12 份時，LOI 值最高；當(dāng)MH的添加量為4 份時，復(fù)合材料的LOI 值與未替代前的復(fù)合材料LOI 值一致。當(dāng)三氧化二銻用量為1.5 份和1 份時，復(fù)合材料的LOI 值先下降后升高。當(dāng)三氧化二銻用量為1.5 份，MH的添加量達到8 份時，復(fù)合材料的LOI 值與未替代的復(fù)合材料基本相當(dāng)。當(dāng)三氧化二銻用量為1 份，復(fù)合材料的LOI 值下降較為明顯，僅在MH 添加量為12 份時，復(fù)合材料的LOI 值仍然低于未替代的復(fù)合材料。由此可見，采用MH 部分替代三氧化二銻時，最佳配方體系為三氧化二銻用量為2 份、MH 用量為4 份，三氧化二銻的使用量要保持在1.5 份以上[10–11]。

圖3 MH 及三氧化二銻的不同含量PVC 壓延膜的LOI

(3) MH 對PVC 壓延膜的煙氣釋放性能的影響。

圖4 示出MH 對PVC 壓延膜的最大煙氣釋放性能的影響。由圖4 可看出，添加MH 后，PVC 壓延膜的最大煙氣釋放量明顯下降，且隨著MH 含量的增加，PVC 壓延膜的最大煙氣釋放量逐漸下降。當(dāng)三氧化二銻為1 份，MH 為12 份時，PVC 壓延膜的最大煙氣釋放量最小為71%；在三氧化二銻份數(shù)增加，在相同的MH 含量下，煙氣釋放量也會增加。可見，MH 具有一定抑煙功能，且煙氣主要來源Cl與三氧化二銻的反應(yīng)，起到氣相阻燃的作用[12–13]。

圖4 MH 對PVC 壓延膜的最大煙氣釋放性能的影響

圖5 示出MH 對PVC 壓延膜的煙密度等級的影響?？梢钥闯?，隨著MH 添加量的增大，煙密度等級逐步下降；在相同三氧化二銻份數(shù)的情況下，MH的增加能進一步降低煙密度等級；當(dāng)MH 含量增大到12 份時，煙密度等級差距變小。由此可見，MH的抑煙效果具有一定的飽和性；當(dāng)MH 為4 份時，抑煙效果的性價比最高[5–10]。

圖5 MH 及三氧化二銻對PVC 壓延膜的煙密度等級的影響

2.3 MH 對PVC 壓延膜物理性能的影響

(1) MH 對PVC 壓延膜密度的影響。

表3 是不同MH的PVC 壓延膜的密度。由表3 可以看出，隨著MH 含量的增加三氧化二銻含量的減少，PVC 壓延膜的密度有所提高，增加幅度約為2.3%，但是變化不明顯。

表3 不同MH的PVC 壓延膜的密度 g／cm3

(2) MH 對PVC 壓延膜拉伸強度的影響。

圖6 示出不同MH的PVC 壓延膜的拉伸強度。由圖6 可以看出，隨著MH 含量的增大，PVC壓延膜的拉伸強度逐漸下降。當(dāng)三氧化二銻含量為2 份，MH 含量為4 份時，拉伸強度下降最少，僅下降1.8%；當(dāng)三氧化二銻含量為2 份，MH 含量為12份時，拉伸強度最差，為12.8 MPa，比未加MH的PVC 壓延膜的拉伸強度下降了10%。由此可見，采用MH 替代部分三氧化二銻，拉伸強度出現(xiàn)不同程度下降，但下降幅度較小，能滿足壓延膜的力學(xué)性能要求。

圖6 不同MH 及三氧化二銻的PVC 壓延膜的拉伸強度

(3) MH 對PVC 壓延膜硬度的影響。

圖7 示出不同MH的PVC 壓延膜的硬度。可以看出，添加MH 后，PVC 壓延膜的表面硬度都有一定的增加，除了三氧化二銻含量為1.5 份和2 份，MH 含量為4 份時，出現(xiàn)了硬度下降的現(xiàn)象?？傮w而言，增加MH 用量，PVC 壓延膜的表面硬度略有提高，但是變化幅度不大。

圖7 MH 及三氧化二銻的不同含量PVC 壓延膜的硬度

3 結(jié)論

(1)采用超細(xì)MH 在PVC 壓延膜中替代部分三氧化二銻具有明顯的效果，最佳配方體系為三氧化二銻用量為2 份、MH 用量為4 份，三氧化二銻的使用量要保持在1.5 份以上。

(2)添加MH 后，PVC 壓延膜的最大煙釋放和煙釋放等級都明顯下降，當(dāng)MH 含量為4 份時，煙釋放等級和最大煙釋放的下降幅度最大。

(3)從SEM 分析結(jié)果看，添加MH 后，殘?zhí)啃纬奢^多的MgO 微球，同時會破壞殘?zhí)恐旅苄?，三氧化二銻的含量為2 份，MH 含量為4 份時，殘?zhí)康闹旅苄宰罴选?/p>

(4)添加MH 后，PVC 壓延膜的拉伸強度略有下降，添加4 份MH 后，PVC 壓延膜的拉伸性能下降1.8%，能滿足使用要求。