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MgCO3和堿性ZnCO3對軟PVC的協同阻燃及抑煙作用

放大字體  縮小字體 發布日期:2011-04-23   來源:防火資源網   瀏覽次數:367  分享到: 分享到騰訊微博

增塑劑如DOP的引入會使軟PVC的阻燃性能明顯下降,可行的辦法是加入阻燃劑和抑煙劑的。無鹵阻燃劑如Al(OH)3,Mg(OH)2和MgCO3應用廣泛。雖然這些填充劑是無毒而且相對較便宜,但是為了達到較好的阻燃性能所需的添加量非常高,這常常導致加工困難,對材料的物理機械性能以及電性能方面等都會產生嚴重的破壞。一些協效阻燃劑如硼酸鋅,錫添加劑和金屬配合物會與金屬氫氧化物聯用來提高阻燃效果。在我們的工作中,研究了作為PVC阻燃劑和抑煙劑的MgCO3和AZC的效果,通過Vyazovkin 的動力學方法測定了降解反應的Ea值。

PVC樣品制備:將PVC與DOP、熱穩定劑、潤滑劑、偶聯劑(NDZ-311)和定量阻燃劑混合,然后用雙輥在170oC下混合10分鐘,再在180oC下擠壓制作成140 mm × 50 mm × 3 mm板材,再將板材切割得測試樣品。樣品配方如下:PVC 100g,DOP 40g,穩定劑3g,硬脂酸鈣1g,偶聯劑1g,

熱分析

TGA(Du pont DT-40)在流速為60 mL?min-1升溫速度為10oC?min-1條件下測試。樣品7±0.2mg放置在Pt盤上。為了研究軟PVC在燃燒時與MgCO3和AZC協同作用的相關程度,對PVC,MgCO3和AZC以及它們的混合物的熱降解行為進行了研究。在開始階段,用MgCO3處理過的PVC實驗曲線與計算曲線和純PVC曲線大致相似,然而在第二階段實驗曲線的失重遠遠小于計算曲線和純PVC曲線,這可能說明MgCO3只影響PVC熱降解的第二階段。這些結果與MgCO3的熱降解是一致的。在開始階段,用AZC處理過的實驗曲線主要特征是初始分解溫度降低失重速率明顯增加。這些結果主要是由于AZC可以在220oC下分解形成ZnO,與HCl反應生成較強的路易斯酸ZnCl2,路易斯酸ZnCl2會催化脫氯化氫和促進PVC混合物的更早交聯。用MgCO3和AZC混合物處理的PVC樣品,不僅可以降低初始分解溫度和在第一階段增加失重速率也可以在第二階段促進炭的生成。所以MgCO3和AZC可以用來協效阻燃和抑煙軟PVC。動力學研究我們用Vyazovkin方法計算了聚合物在有阻燃劑和沒有阻燃劑情況下熱降解的活化能(Ea)。在添加了MgCO3后PVC的活化能變大,活化能最大值大約在轉化率為55%時,這可與MgCO3在500oC的吸熱峰相關,當轉化率為65%降低到130kJ/mol,然而殘炭氧化反應的活化能大于純PVC樣品。在整個降解階段,添加AZC后PVC的活化能變低,然而復屈紅強等,MgCO3和堿性ZnCO3碳酸鋅對軟PVC的協同阻燃及抑煙作用。合物MgCO3和AZC(10:1)時,結果顯示在低轉化率(<65%)時用MgCO3/AZC(10:1)處理的PVC樣品的活化能低于純PVC,而在高轉化率(>65%)時大于純PVC。所以復合物MgCO3和AZC(10:1)既可以催化脫氯化氫也可以促進PVC更早交聯并改善殘炭的穩定性。

殘炭分析

PVC樣品SDR測試后,采用SEM來研究殘炭的表面形貌。從Figrue 4 可以看出用MgCO3處理的PVC的炭層外層很緊密略帶孔隙,炭層易碎很硬;AZC處理后的PVC的炭層很松散,炭層很軟;而MgCO3/AZC處理的炭層是一個連續致密的結構,可以隔絕可燃氣體與PVC接觸,避免熱量轉移至PVC,這對阻燃性能的改善是很有利的。AZC對用MgCO3處理過的PVC具有協效作用。AZC可以降低PVC在初始階段降解反應的活化能,在第二階段增加活化能,這說明了AZC具有催化脫氯化氫和促進PVC復合物的更早交聯和改善炭的穩定性。

 

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