PVC具有良好的阻燃性,其氯含量高达56%,氧指数为45,但作为软质材料使用时,需要添加大量的增塑剂,有的可使其氧指数降为22左右,所以对软质PVC而言其阻燃是必须的。
PVC的生烟量极大,其最大烟密度可达720,在塑料中居于榜首,纯PVC的理论脱HCL气体量是580mg/g,为降低HCL的释放量,需加入HCl吸收体,使其在发生火灾时(800-1000度)能与氯化氢反应,且其生成物在800度以上时能以稳定形态残留于炭化层中,这种多为碱金属或碱土金属的氧化物(碳酸镁,碳酸钙等)。
常用阻燃剂:
1.氢氧化镁和氢氧化铝
具有填充、阻燃、抑烟三大功效,是除氧化锑外最常用的阻燃剂。无毒、无腐蚀性、稳定性好、高温下不产生有毒气体、价格低廉。
ATH:分解时吸收大量的热、释放大量的水蒸气、减缓聚合物的降解速度。
MH:分解的水蒸气吸收热量,降低火焰的表面温度。
合成及天然两种。天然的是水镁石,合成的一般是海水盐卤法生产。
MH与聚合物的热膨胀系数不同,在加工成型时,热胀冷缩易导致界面处形成微细裂纹。且MH活性较强,其晶体表面带有正电荷,具有亲水性,若制品长期存放于潮湿空气中,易形成碳酸镁,导致制品产生白斑进而失去光泽。
MH和ATH热分解性能比较
物质 |
密度 |
1mol结合水量/mol |
分解温度 |
吸热量kj/g |
MH |
2.42 |
34.6 |
340-490 |
1.97 |
ATH |
2.4 |
31 |
200-300 |
0.77 |
ATH分解温度低,一般为230左右,其脱水吸热反应是在聚合物从凝聚相变为液相之间产生的,故对抑制早期的材料温度上升起作用,比较适合加工温度小于200的聚合物;而MH分解温度340左右,需要更高的温度才可发生脱水反应,且吸热量小,因此抑制材料温度上升的效果没有ATH好。而一般认为MH的阻燃作用不仅来自于其脱水反应,还来自其对聚合物有一定的促进成炭作用。
MH及ATH阻燃效果比较
项目 |
效果比较 |
抑制材料温度上升 降低表面放热量 提高燃点(少量填充时) (大量填充时) 推迟点燃时间 提高氧指数 促进炭化 |
MH<ATH MH<ATH MH>ATH MH<ATH MH<ATH MH>ATH MH>ATH |
以上可以看出,MH和ATH在脱水温度、吸热量、成炭方面有互补性,因此将二者复配使用,可在较宽的温度范围内发挥二者的优势,提高聚合物的阻燃效力。
2.氧化锑
卤-锑是常用的阻燃体系,PVC中因其含氯,故在某些产品中直接加入氧化锑,便可赋予材料极好的阻燃性能。
3.含磷的无机阻燃剂
红磷:气相中,红磷受热定量的解聚成气态的白磷,从本体迁移到聚合物表面,在表面形成氧化磷并转移到气相中,氧化磷可以显著降低火焰的自由基浓度,减少火焰强度而阻燃;凝聚相中,红磷可降低氧化热,其燃烧时生成的氧化物可吸水而形成磷酸、亚磷酸及次磷酸等。磷酸失水形成玻璃状物质及炭渣覆盖于聚合物表面,隔绝空气而阻燃。
4.含硼阻燃剂
水合硼酸锌:可单独使用或者与卤系阻燃剂混合使用,可以作为氧化锑的替代品。无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度细、分散性好。
典型配方:
PVC SG-2 |
100 |
Hst |
0.5 |
二盐 |
1 |
三盐 |
4 |
硬钙 |
0.5 |
硬铅 |
0.5 |
DOP |
50 |
石蜡 |
1 |
碳酸钙 |
50 |
氯化石蜡 |
10 |
镁 |
10 |
铝 |
30 |
氧化锑在100份PVC树脂中添加量在8%以下
硼酸锌加入10%
三氧化钼加入1%即可
在PVC中,氧化锑和硼酸锌的配比在1:1-1:2之间。