堿式硫酸鎂晶須阻燃研究范文

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《現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用雜志》2016年第一期

摘要：

用堿式硫酸鎂晶須（MOS）與不同的抑煙劑復(fù)合阻燃聚氧乙烯／丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（PVC／ABS）合金，利用垂直燃燒、極限氧指數(shù)、熱重分析、拉伸試驗(yàn)等手段研究了PVC／ABS合金的阻燃性能及力學(xué)性能。結(jié)果表明：質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％MOS填充的PVC／ABS合金具有優(yōu)異的阻燃性能和力學(xué)性能，且MOS和三氧化鉬復(fù)合具有較好的抑煙作用。

關(guān)鍵詞：

堿式硫酸鎂晶須聚氯乙烯；丙烯腈；－丁二烯；－苯乙烯共聚物；合金；無鹵阻燃；抑煙

聚氯乙烯／丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（PVC／ABS）合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于汽車、電器、建筑等領(lǐng)域。然而，PVC，ABS在燃燒測(cè)試時(shí)生煙量頗高，影響其在低煙環(huán)保材料中的應(yīng)用。關(guān)于PVC，ABS阻燃抑煙方面的研究已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道［1－2］。MOS［MgSO4•5Mg（OH）2•3H2O］作為一種無鹵阻燃劑，其高溫受熱分解產(chǎn)生大量的水蒸氣，具有良好的阻燃效果。但是，MOS阻燃聚合物的文獻(xiàn)報(bào)道很少［3］。本研究以MOS分別與蒙脫土（MMT）、硼酸鋅（ZB）、三氧化鉬（MoO3）及氧化鐵（Fe2O3）4種抑煙劑復(fù)合阻燃PVC／ABS合金，以期制備出環(huán)保高阻燃、低煙的PVC／ABS合金。

1試驗(yàn)部分

1．1原料PVC，SG7，浙江巨化股份有限公司；ABS，GP－22，德國(guó)巴斯夫有限公司；MOS，153，長(zhǎng)徑比大于80，遼寧營(yíng)口威斯特化學(xué)有限公司；稀土復(fù)合穩(wěn)定劑，淄博天信化工有限公司；三氧化鉬、氧化鐵，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑；硼酸鋅，合肥烷燃新材料科技有限公司；有機(jī)蒙脫土，上海梁典化學(xué)品有限公司。

1．2樣品制備PVC，ABS和阻燃劑及穩(wěn)定劑在XSS－300型轉(zhuǎn)矩流變儀（上?？苿?chuàng)有限公司產(chǎn)）密煉室內(nèi)進(jìn)行密煉，密煉溫度180～190℃，密煉時(shí)間8min。密煉所得的混合物經(jīng)過平板硫化機(jī)在190℃下熱壓，制成厚分別為3mm和1mm的阻燃性能及力學(xué)性能測(cè)試樣條。

1．3性能測(cè)試垂直燃燒測(cè)試：按照GB／T2048—1996標(biāo)準(zhǔn)在CZF－3型水平垂直燃燒儀（南京江寧分析儀器廠產(chǎn)）上進(jìn)行，試樣的尺寸為100．0mm×13．0mm×3．0mm。極限氧指數(shù)（LOI）測(cè)試：按照ASTMD2863標(biāo)準(zhǔn)在HC－2A型氧指數(shù)測(cè)定儀（南京江寧分析儀器廠產(chǎn)）上進(jìn)行，試樣的尺寸為100．0mm×6．5mm×3．0mm。煙密度測(cè)試：按照ASTMD2843標(biāo)準(zhǔn)在JSC－2型塑料煙密度試驗(yàn)裝置（南京江寧分析儀器廠產(chǎn)）上進(jìn)行，試樣的尺寸為25．0mm×25．0mm×3．0mm。熱重分析試驗(yàn)：在TG－STA449F3熱重分析儀（德國(guó)耐馳公司產(chǎn)）上進(jìn)行，試驗(yàn)的氣氛為空氣，升溫速率為10℃／min，溫度為25～800℃。力學(xué)性能測(cè)試：拉伸性能測(cè)試按照GB／T528—2009在CMT－4000型電子萬能試驗(yàn)機(jī)（深圳新三思材料檢測(cè)公司產(chǎn)）上進(jìn)行，樣條在萬能制樣機(jī)上裁成寬為10mm的長(zhǎng)條狀，拉伸速率為50mm／min；沖擊強(qiáng)度測(cè)試按照GB／T3808—2002標(biāo)準(zhǔn)，懸臂梁，V型缺口，缺口深度為2mm，試樣的尺寸為60．0mm×10．0mm×3．0mm，測(cè)試在室溫下進(jìn)行。掃描電子顯微鏡（SEM）：用JSM－6490LV鎢燈絲SEM（日本制造有限公司產(chǎn)）觀察燃燒后的炭層形貌。

2結(jié)果與討論

2．1MOS的填充量對(duì)合金性能的影響MOS填充量對(duì)PVC／ABS合金的阻燃與力學(xué)性能的影響見表1。從表1可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％MOS填充PVC／ABS合金達(dá)到V－0級(jí)別，LOI達(dá)到32％，阻燃性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)異于純PVC／ABS合金的。一方面由于MOS填充所引起的應(yīng)力集中所導(dǎo)致的材料拉伸強(qiáng)度降低，另一方面由于MOS是一種針狀短纖維結(jié)構(gòu)，具有力學(xué)補(bǔ)強(qiáng)作用［4］，能部分彌補(bǔ)MOS與PVC／ABS相容性差所造成的力學(xué)性能降低，所以綜合兩方面因素，拉伸強(qiáng)度僅小幅度降低。

2．2MOS與抑煙劑復(fù)合阻燃PVC／ABS合金綜合考慮PVC／ABS合金的阻燃性能和力學(xué)性能，取質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％的MOS與質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％的抑煙劑復(fù)合阻燃PVC／ABS合金，具體性能見表2。由表2可看出，相比較而言，質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％MOS和質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％MoO3復(fù)合阻燃PVC／ABS合金，不僅使材料具有優(yōu)異的阻燃性能，而且可以起到抑煙的作用。與僅填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％MOS的PVC／ABS合金相比，燃燒釋放的煙量變小且煙霧氣成白色，但目前鉬類化合物抑煙的機(jī)理尚未完全確定［5］。另外，從表2亦可看出，加入抑煙劑后，MOS阻燃的PVC／ABS合金的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均有小幅度降低。

2．3阻燃機(jī)理圖1給出了純MOS，PVC／ABS，PVC／ABS／MOS（MOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％）及PVC／ABS／MOS／MoO3（MOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％，MoO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％）的熱失重（TG）和熱失重微分（DTG）曲線。從圖1（b）可看出，純MOS及其填充阻燃的PVC／ABS合金的DTG曲線都有2個(gè)熱失重峰。對(duì)于純MOS而言，第1個(gè)熱失重峰的起始溫度為268．3℃，其峰值溫度為301．2℃。對(duì)照?qǐng)D1（a）可知，MOS的第1個(gè)熱失重峰主要是因?yàn)镸gSO4•5Mg（OH）2•3H2O分子脫去結(jié)晶水所造成的，MOS的DTG曲線的第2個(gè)熱失重峰起始溫度為352．0℃，峰值溫度為408．7℃，MOS的第2個(gè)熱失重峰主要是因?yàn)镸gSO4•5Mg（OH）2分子內(nèi)脫水而引起的。對(duì)比PVC／ABS，PVC／ABS／MOS及PVC／ABS／MOS／MoO3的TG曲線看出，MOS的加入使得PVC／ABS合金的起始分解溫度提高，最終分解溫度延后，這主要是由于MOS高溫分解釋放大量水蒸氣的緣故。MOS阻燃PVC／ABS合金的機(jī)理：1）MOS高溫分解釋放大量水蒸氣的過程中會(huì)吸收部分的燃燒熱且釋放的大量水蒸氣可起到稀釋可燃?xì)怏w濃度的作用；2）高溫分解殘余的金屬化合物會(huì)殘留在炭層中，該炭層覆蓋在PVC／ABS合金表面，可隔絕或延緩部分的熱及空氣進(jìn)入基體材料的內(nèi)部。

2．4炭層形貌圖2給出了PVC／ABS，PVA／ABS／MOS（MCS質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％）及PVC／ABS／MOS／MoO3（MOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％，MoO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％）合金LOI測(cè)試后的炭層SEM照片。從圖2（a）中可看出，PVC／ABS合金燃燒殘余的炭層松散破碎，不連續(xù)且有很多大的孔洞，這種炭層結(jié)構(gòu)起不到很好的隔絕作用，外界的熱和空氣很容易進(jìn)入基體材料的內(nèi)部，所以阻燃性能不好。而圖2（b）和圖2（c）中的炭層相對(duì)連續(xù)致密，沒有明顯大的孔洞，這種炭層能起到很好的隔絕外界熱和空氣的作用，賦予材料優(yōu)異的阻燃性能。圖2（c）由于PVC抑煙劑及成炭劑MoO3的加入，使得炭層更致密平滑連續(xù)。

3結(jié)論

a）質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％MOS填充的PVC／ABS合金材料具有優(yōu)異的阻燃性能。b）MOS／MoO3復(fù)合阻燃PVC／ABS合金，不僅賦予合金較高的LOI和UL－94V－0級(jí)別，而且有效地抑制了PVC／ABS合金燃燒時(shí)產(chǎn)生的黑色漂浮物，黑煙變稀變淡。

作者：唐開菊 王渴 翟松濤 唐龍祥 胡國(guó)華 單位：合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院