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            一種新型阻燃抑煙軟PVC阻燃體系


            一般情況下,膨脹阻燃劑包含三種成分:酸源,碳源和氣源。它雖然是一種被廣泛使用和研究的阻燃劑,但在軟聚氯乙烯(PVC)中的報道卻鮮有涉及。在我們做的工作中,新型的膨脹阻燃劑被成功合成,它們是三嗪環和羥基錫酸鹽(或者羥基錫酸鋅)的衍生物。本文將闡述這種阻燃劑對PVC的阻燃效率、抑煙作用以及熱降解作用。

            兩種阻燃劑由密胺、Na2Sn(OH)6和ZnCl2合成最后制得白色的MASN 和 MAZNSN粉末。樣品由PVC和DOP、熱穩定劑、偶聯劑(NDZ-311)以及制備的阻燃劑共混制得?;旌蠒r用雙輥在170度下10分鐘并且用140 mm × 50 mm × 3 mm的模具壓制成型。其配方為:PVC100克、DPO40克,熱穩定劑3克,偶聯劑(NDZ-311)1克)以及制備的阻燃劑若干。在Figure 1中我們可以看到含有阻燃MASN(或者MAZNSN)的PVC樣條極限氧指數極大地增加,而含有密胺的PVC其極限氧指數隨著其含量的增加,復合物的氧指數卻幾乎沒有增加。從Figure 2我們可以看出含有阻燃劑的PVC的煙密度等級(SDR)比純的PVC要低,特別是當阻燃劑為30克時含MAZSN的將其減少了15個單位。由Figure 3,TG曲線可以分為兩個階段,第一階段的熱分解主要是氯化氫的脫除和DOP的分解,第二個階段是碳鏈的斷裂以及低分子量的產物生成和碳的氧化。

            我們從實驗結果可以發現,所有的樣品在第一階段損失了大概58%到67%的質量,而含阻燃劑的樣品有更小一些的質量損失,含密胺的是62.6%,而加入的是MASN和MAZNSN時對應的為58.3%和59.6%。失重的溫度范圍變窄了,最大失重率時的溫度降低了,但同時最大失重率卻明顯增加了,尤其表現在含MAZNSN的樣品上。其原因在于在MASN和MAZNSN中都有Sn(OH)62-存在,Sn(OH)62-離子會與氯化氫反應生成SnCl4和H2O,SnCl4 在凝聚相中起的是路易斯酸的作用,它能促進脫去氯化氫和形成PVC混合物的交聯,使之迅速炭化。氯化氫同時能起到氣相阻燃和促進密胺的膨脹成炭,這樣形成的炭化產物保護了高聚物基體,抑制傳熱和氧氣的講解作用,因此有利于阻燃。而MAZNSN中的Zn2+與氯化氫反應形成氯化鋅,這樣會與SnCl4形成協同阻燃作用,因此含有MAZNSN的具有更好的阻燃性。第二階段中,最大失重率溫度、放熱峰溫度和最終分解溫度都明顯的增加了,這些結果表明殘碳鏈的降解被減緩,碳鏈的穩定性增加了。

            含有MASN或MAZNSN的PVC殘炭物具有與密胺不同的殘碳形貌。雖然含有密胺的PVC灼燒物具有足夠的膨脹層,但是其炭層具有氣孔和縫隙的蜂窩狀易碎的結構(Figure 5a)從而在燃燒過程中熱量和易燃揮發物很容易穿透炭層到燃燒區,阻燃效果差。含有MASN或MAZNSN的PVC殘炭物擁有膨大和致密的炭層,此炭層由一些密閉的微小孔構成,這種小孔結構很好地阻止了熱量傳遞。

            結論MASN和MAZNSN能夠作為一種有效的膨脹阻燃和抑煙阻燃劑用于韌性PVC中,當中PVC作為碳源,而Sn(OH)62- and Zn2+作為酸源,它在凝聚相中起的是路易斯酸的作用,它能促進脫去氯化氫和形成PVC混合物的交聯,使之迅速炭化。氯化氫作為氣源使炭層膨大。因此這種膨脹阻燃體系能夠形成致密炭層,具有較好的阻燃和抑煙效果。

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