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準制樣用于各種測試。

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標準試驗方法，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。