PVC電纜料阻燃改性

PVC燃燒機(jī)理聚氯乙烯的熱降解反應(yīng)機(jī)理主要有：自由基反應(yīng)、離子反應(yīng)、單分子反應(yīng)、極化反應(yīng)等四種。PVC首先在高溫下脫去HCl，并形成共軛多烯，后者再環(huán)化為苯和其他芳烴，然后芳烴在氣相中燃燒生煙。而燃燒產(chǎn)生的熱量又加劇了PVC的裂解氣在氣相中的燃燒反應(yīng)。因此PVC燃燒的一個(gè)特點(diǎn)就是煙很大，而且會(huì)產(chǎn)生HCl有毒氣體。通過(guò)對(duì)PVC電纜料中加入阻燃劑是目前最有效且最廣泛使用的提高阻燃性的方法。PVC電纜料阻燃劑類型鹵素和銻阻燃劑鹵素阻燃劑添加量少，阻燃效率高，是目前常用的阻燃劑。鹵素阻燃劑的阻燃機(jī)理為：1）燃燒時(shí)，鹵系阻燃劑分解釋放出鹵化氫，鹵化氫能捕獲造成降解的火焰中的高能自由基H-和HO-，延緩或終止反應(yīng)，使燃燒停止。2）鹵化氫為一種難燃?xì)怏w，密度比空氣大，可覆蓋在PVC表面，降低其可燃性氣體的濃度，抑制材料的燃燒。鹵素阻燃劑包括含氯和含溴阻燃劑，其中含溴阻燃劑阻燃效率最高。

氫氧化物阻燃劑氫氧化物阻燃劑主要為氫氧化鋁、氫氧化鎂，阻燃原理為：1）在燃燒時(shí)分解，其中氫氧化鋁的分解溫度為200-300℃，氫氧化鎂的分解溫度為340-490℃；分解后發(fā)生脫水反應(yīng)，吸收高分子材料表面大量熱量，可降低燃燒材料表面溫度；同時(shí)脫水產(chǎn)生大量水蒸氣，稀釋可燃?xì)怏w和氧氣濃度。2）分解殘余物MgO和Al2O3為致密的氧化物，它們沉積于PVC表面，限制可燃?xì)怏w的生成，起到隔熱、隔絕氧氣的作用，并達(dá)到了抑煙的效果；而且氫氧化鋁和氫氧化鎂可以吸收酸性氣體。在相同添加量下，氫氧化鎂的阻燃效果明顯好于氫氧化鋁。但氫氧化鎂與高分子材料的相容性不如氫氧化鋁好。氫氧化鎂阻燃劑磷氮類阻燃劑磷類阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸胺、磷胺、磷酸三甲苯酯等，主要在凝聚相中作用，阻燃機(jī)理為：1）形成磷酸配作為脫水劑，并促進(jìn)成炭，炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導(dǎo)；2）磷酸可吸收熱量；3）磷酸在凝聚相形成一層薄薄的玻璃狀的或液態(tài)的保護(hù)層，因此降低了氧氣擴(kuò)散和氣相與固相之間的熱量和質(zhì)量傳遞，抑制了氧化過(guò)程。含磷阻燃劑受熱分解發(fā)生如下變化：磷系阻燃劑→偏磷酸→磷酸→聚偏磷酸，聚偏磷酸是不易揮發(fā)的穩(wěn)定化合物，具有強(qiáng)脫水性，覆蓋著在聚合物表面與隔絕空氣；4）脫出的水氣吸收大量的熱。氮系阻燃劑主要有三聚氰胺、三聚氰胺磷酸鹽、尿素等，含氮阻燃劑受熱時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，具有吸熱、降溫和稀釋等作用。磷氮系阻燃劑屬膨脹型阻燃劑，具有阻燃效率高、低毒、無(wú)腐蝕性以及與相容性好等優(yōu)點(diǎn)。硅系阻燃劑硅阻燃劑，既是一種新型無(wú)鹵阻燃劑，也是一種成炭抑煙劑。其阻燃機(jī)理為在燃燒時(shí)形成炭化硅隔離層，隔絕空氣與高分子材料接觸，抑制有毒氣體和煙霧的形成，達(dá)到阻燃、抑煙的功效，一定條件下，無(wú)機(jī)硅化合物作為PVC的阻燃劑具有較好的阻燃作用。其阻燃的高聚物大多無(wú)毒少煙、燃燒值低、火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷Ｓ行o(wú)機(jī)硅系阻燃劑燃燒時(shí)，生成的二氧化硅在PVC表面形成無(wú)定型硅保護(hù)層。硅阻燃劑一般不單獨(dú)使用，而是作為協(xié)效阻燃劑使用。其他無(wú)機(jī)金屬鹽類硼系阻燃劑是一類應(yīng)用較早、常用的無(wú)機(jī)阻燃劑，以硼酸鋅為主。硼酸鋅系水合物，在290-450℃時(shí)會(huì)釋放出結(jié)晶水。硼酸鋅具有熱穩(wěn)定性好、粒徑細(xì)、體積質(zhì)量小、易分散、無(wú)毒等特點(diǎn)，但是硼酸鋅的粒度分布對(duì)材料的力學(xué)性能、應(yīng)用性能和外觀有較大影響。研究表明等量的阻燃劑的粒徑愈小、比表面積愈大，阻燃效果就愈好。硼酸鋅的阻燃機(jī)理為：1）形成玻璃態(tài)無(wú)機(jī)膨脹涂層；2）通過(guò)生成硼酸酯鹽，促進(jìn)樹脂表面炭化；3）阻止揮發(fā)性可燃物的溢出；4）在高溫下脫水，即能吸收熱量，水蒸氣又可稀釋可燃?xì)怏w。5）在鹵素化合物存在下，生成鹵化硼，抑制和捕獲游離的羥基，阻止燃燒連鎖反應(yīng)；同時(shí)可促進(jìn)炭化反應(yīng)，形成固相覆蓋層，隔絕燃燒的表面空氣，阻止火焰繼續(xù)燃燒并發(fā)揮消煙滅弧作用。錫酸鋅和羥基錫酸鋅為代表的無(wú)機(jī)錫化合物作為軟PVC的阻燃消煙劑受到越來(lái)越多的重視。阻燃劑的協(xié)效作用不同品種阻燃劑一起加入，往往具有比單一加入好得多的效果，這就是阻燃劑的協(xié)效作用。鹵銻協(xié)效作用，Sb?O?單獨(dú)加入不具有阻燃效果，只有同鹵系阻燃劑一起加入才會(huì)有阻燃作用。兩者復(fù)合可產(chǎn)生阻燃作用較大的鹵化銻和鹵氧化銻。溴、氯復(fù)合，當(dāng)溴、氯兩者的復(fù)合比例為1:1時(shí)，阻燃劑中溴、氯總含量為10-12%時(shí)，協(xié)效作用較好。Sb?O?磷、氮協(xié)效作用，氮系阻燃劑的加入可促進(jìn)磷系阻燃劑的炭化作用。磷系阻燃劑與含結(jié)晶水化合物協(xié)效作用，磷系阻燃劑與氫氧化鋁、氫氧化鎂、含水硼酸鋅等均有協(xié)同性，原因?yàn)楹衔锶紵龝r(shí)結(jié)晶水脫出氣化，吸熱降溫，給含磷阻燃劑生成玻璃狀多聚磷酸提供了有利條件。溴系阻燃劑、水合硼酸鋅協(xié)效作用，水合硼酸鋅和溴系阻燃劑并用，燃燒時(shí)可生成溴化硼或溴化鋅殘存在高分子材料表面，它們?cè)跓崛蹱顟B(tài)下是一種致密的玻璃狀熔融物，能將可燃的高分子材料封閉起來(lái)，因此兩者有協(xié)同作用，并且效果明顯。鋁、鎂氫氧化物協(xié)效