聚氯乙烯的阻燃改性研究及应用
目录
1PVC的组成结构 (3)
2PVC改性方法 (4)
3PVC改性的性能指标 (5)
3.1着色性 (5)
3.2迁移性 (5)
3.3耐候性 (6)
3.4稳定性 (6)
3.5电性能 (7)
4阻燃PVC的概述 (8)
4.1阻燃PVC的发展 (8)
4.2阻燃PVC结构与特点 (8)
4.3阻燃PVC性能 (9)
4.4阻燃PVC加工成型 (10)
4.5阻燃PVC应用 (10)
5PVC共混阻燃改性材料研究 (12)
5.1二元共混阻燃材料 (12)
5.1.1 PVC/CPE (12)
5.1.2 PVC/CPVC (12)
5.1.3PVC/NBR (13)
5.1.4PVC/EV A (14)
5.2三元共混阻燃材料 (15)
6结语 (16)
聚氯乙烯的阻燃改性研究及应用
摘要：PVC材料具有成本低、易加工、韧性好等优点,被广泛使用在建筑中。但由于PVC材料在户外使用过程会受到紫外线照射而发生老化,所以PVC材料的加工过程会添加一些增塑剂等助剂,导致材料的阻燃性能降低,而无法满足建筑材料防火阻燃等级的要求。因此通过添加阻燃剂来改善材料PVC的阻燃性就显得十分重要。
本文首先介绍了PVC的主要结构其碳原子为SP3杂化，其次介绍了PVC的常用改性方法有：化学改性、填充改性、增强改性、共混改性以及纳米复合改性，引申出了PVC的阻燃改性的研究，其中阻燃PVC的性能研究当中研究了不同温度下阻燃PVC的形态以及性能趋势。探究了二元共混阻燃材料与三元共混阻燃材料的区别，阐述了PVC阻燃改性的重要性以及生活中应用在必要性。
关键词：阻燃改性 PVC
1PVC的组成结构
聚氯乙烯是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料，是含有少量结晶结构的无定形聚合物。这种材料的结构如下：[―CH2―CHCl―]n。PVC是VCM单体多数以头-尾结构相联的线形聚合物。碳原子为锯齿形排列，所有原子均以σ键相连。所有碳原子均为sp3杂化。
在PVC分子链上存在短的间规立构规整结构。随着聚合反应温度的降低，间规立构规整度提高。聚氯乙烯大分子结构中存在着头头结构、支链、双键、烯丙基氯、叔氯等不稳定性结构、使得耐热变形及耐老化差等缺点。故作交联后，可将该类缺点消除。
交联分为辐射交联和化学交联。
1.辐射交联。使用高能射线，一般为钴60辐射源产生的射线或电子加速产生的电子射线，主要采用后者。再加以助交联助剂（两个或多个碳碳双键结构的单体）进行交联。但操作难度大，对设备要求高。
2.化学交联。使用三唑二巯基胺盐（FSH）进行交联，交联机理为胺与巯基结合进攻碳氯极性键实行取代反应。交联后产品耐紫外、耐溶剂、耐温、冲击增韧等性能会得到全面提升。
2PVC改性方法
PVC树脂是一个极性非结晶性高聚物，密度：1.380 g/cm3，玻璃转变温度：87℃，因此热稳定性差，不易加工。不能直接使用，必须经过改性混配，添加相关助剂和填充物才可以使用。而因添加的相关助剂和填充物的种类和分数的不同，这就决定了所制备的PVC材料性能和要求是不一样的。我们通常称之为PVC配方，严格说来是PVC 改性配方，而PVC只有经过改性才能使用。这一类常被归类为高分子改性材料。高分子材料改性主要围绕通用塑料的高性能化、单组分材料向多组分材料复合材料转变（合金、共混、复合）、赋予材料功能化、优化性能与价格等方面的研究。改性方法主要是化学改性、填充改性、增强改性、共混改性以及纳米复合改性。改性基本原理就是通过添加物赋予材料功能或者提高某些性能。因此，PVC配方技术的高下，决定了一家工厂技术和生产能力的高下。
PVC一般先要改性造粒，用螺杆挤出机组制备成粒子后，塑化更充分，加工也更容易，尤其是工艺是注塑的产品。螺杆挤出机是塑料成型加工最主要的设备之一，它通过外部动力传递和外部加热元件的传热进行塑料的固体输送、压实、熔融、剪切混炼挤出成型。螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位严格来说，有着特殊要求的PVC制品，PVC改性配方，是根据客户要求量身定做的。还有就是在PVC生产过程中共聚衍生，此类改性的品种有氯乙烯共聚物、聚氯乙烯共混物和氯化聚氯乙烯等。
3PVC改性的性能指标
3.1着色性
聚氯乙烯热稳定性和耐光性较差。在150℃时开始分解出氯化氢，随着增塑剂含量的多少发生不良反应。另外，颜料对PVC的影响，体现在颜料是否与PVC及组成PVC 制品的其它组分发生反应以及颜料本身耐迁移性、耐热性。着色剂中的某些成份可能会促使树脂的降解。如铁离子和锌离子是PVC树脂降解反应的催化剂。因此，使用氧化铁（红、黄、棕和黑）颜料或氧化锌、硫化锌和立德粉类白色颜料会降低PVC树脂的热稳定性。某些着色剂可能会与PVC树脂的降解产物发生作用。如群青类颜料耐酸性差，故在PVC着色加工过程中，会与PVC分解产生的氯化氢发生相互作用而失去应有的颜色。因此就PVC着色而言，考虑到所用树脂及相关助剂的特征，结合颜料的特点。在选择着色剂时应当注意以下几个问题[1-3]。
1、颜料中的某些金属离子会促使聚氯乙烯树脂热氧分解。
测定方法为加有颜料聚乙烯加热至180℃时的色相变化。由于颜料中含有金属离子促使PVC分解加快，从而产生色相变化。同时，还要注意的是，同样加入色淀红可使PVC产生的色差不同，如含有钙，色相差小；含锰则色相差大，这是由于锰等金属促进PVC脱氯化氢所致。
硫化物类着色剂（如镉红、黄等）用于聚氯乙烯着色，可能因着色剂分解放出硫化氢。这类着色剂不宜与铅稳定剂混用，以免生成黑色的硫化铅。
2、颜料对聚氯乙烯电气绝缘性影响
作为电缆材料的聚氯乙烯和聚乙烯一样，应该考虑着色后的电性能。尤其是聚氯乙烯因其本身绝缘性较聚乙烯差，故颜料的影响就更大。说明，选择无机颜料着色PVC 对其电气绝缘性较有机颜料为好（除炉黑、锐钛型二氧化钛外）。
3.2迁移性
迁移性仅发生在增塑PVC制品中，并且是在使用染料或有机颜料时。所谓迁移是在周围溶剂中存在的部分可溶解的染料或有机颜料，通过增塑剂渗透到PVC制品表面，
那些溶解的染（颜）料颗粒也被带到制品表面上，这样，导致接解渗色、溶剂渗色或起霜。
另一个问题是“结垢”。指着色剂在着色加工时，因为被着色物的相溶性差或根本不相容而从体系中游离出来，沉积在加工设备的表面（如挤出机的机筒内壁、口模孔内壁）上。
3.3耐候性
指颜料耐各种气候的能力。其中包括可见光和紫外光、水分、温度、大气氯化作用以及制品使用期间所遇到的化学药剂。最重要的耐候性，包括不褪色性、耐粉化性和物理性能的持久性。而有机颜料则因其结构不同有好有差。此外，在含有白色颜料的配方中，颜料的耐候性会受到较严重的影响。
颜料的褪色、变暗或色调变化，一般由颜料的反应基因所致。这些反应性基因，能与大气中的水分或化学药剂——酸、碱发生作用。例如，镉黄在水分和日光作用下会褪色，立索尔红具有较好的耐光性，适合于大多数户内应用，而在含有酸、碱成分的户外使用时严重褪色。
脱氯化氢的测定方法按JIS-K-6723，测定温度180℃。以未着色的聚氯乙烯复合物脱氯乙烯的时间为基准，延长或阻缓时间以5%、10%间隔计，负值表示加速分解。
3.4稳定性
聚氯乙烯树脂的软化点低，约75-80℃，脆化温度低于-50~-60℃，大多数制品长期使用温度不宜超过55℃，特殊配方的可达90℃。若聚氯乙烯树脂纯属头-性相接面怕线型结构，内部无支链和不饱和键，尽管C-Cl键能相对较小，聚氯乙烯树脂的稳定性也应当是比较高的。但即使纯度很高的聚氯乙烯树脂，长期在100℃以上或受紫外线辐射就开始有氯化氢气体逸出。说明其分子结构中存在尖性基团或不稳定结构。时间越长、降解越多、温度越高，降解速度越快，在氧或空气存在下降解速度更快。
3.5电性能
聚氯乙烯属于极性高聚物，对水等导电物质亲和力较大，故电阻较非极性的聚烯烃要小，但仍有较高的体积电阴和击穿电压。聚氯乙烯的极性基团直接附着在主链上，在玻璃化温度以下，偶极链段受到冻结构的主链原子的限制，不能移动，因而并不产生偶极化作用，可作室温的高频绝缘材料。作电线绝缘用时、悬浮树脂的电气绝缘性比浮液树脂高10-100倍。降解产生的氯离子的存在会降低电绝缘性。
4阻燃PVC的概述
4.1阻燃PVC的发展
PVC树脂从1835年发现到现在已经过去185年了，由于其特有的难燃性、耐磨性和耐候性的特点，成为了目前五大通用塑料之一，与人们生活息息相关，是不可缺少的重要材料。目前，全球PVC企业主要分布在15个国家150家大公司中。美国体斯敦的化学品市场协会统计，2005年全球PVC生产能力约4018万吨/年，涉及企业170余家。2006年全球PVC产能4279万吨/年，产量约3350万吨，其中大部分产能集中在亚洲、北美和西欧，这三个地区分别占全球产能的50.5%、20.2%和14.7%。2007年全球PVC产能4633万吨，产量3522万吨。从世界各国聚氯乙烯PVC制品的消费结构来看，以管材、管件用量大，其次是护墙板、型材、薄膜和片材，以及电线电缆等.自从20世纪80年代以来，其消费模式一直没有大的变化。近几年来，全球建筑市场中护墙板和窗型材得到了迅速发展，而且聚氯乙烯PVC的应用范围也在扩大。目前世界PVC树脂的消费以硬制品为主，约占总消费量的65.14%，软制品占34.86%。其中用于管材管件的PVC树脂数量占总消费量的29.7%，是PVC树脂大的消费市场，在许多国家和地区PVC树脂在小口径上下水管、排污管及电缆护套方面的应用与其他材料相比占优势。预计今后几年，世界PVC树脂的消费量将以年均约3.8%的速度增长，到2018年总消费量将达到约6100万吨，其中亚洲地区消费量增长快，消费量的年均增长率约6.7%[4]。
4.2阻燃PVC结构与特点
PVC是含有一个取代基的乙烯基单体，它在PVC的链结构上可能有几种不同的结合方式。首先，单体单元依次接在一起，一种是氯原子处在相邻的碳原子上，另一种是氯原子沿着链均匀地排列，进而要考虑的是关于氯原子相互间的位置。所有的氯原子都排列在聚合物链的同一侧为等规立构型，从一侧到另一侧交替排列的为间规立构型，而杂乱无章排列的为无规立构型.商品PVC中以无规立构为主，但间规立构仍然存在。通过红外光谱和核磁共振分析，发现随着聚合温度降低，PVC的间规立构比例提
高。同时还发现，降低聚合温度，较长间规立构链段的质量比率也提高。工业上应用的PVC树脂都是以粉料形式供货，PVC树脂大都是粒径为75-250um的白色粉末,在160～210℃的温度范围内对PVC进行挤出加工，随着加工温度的提高，PVC的形态结构跟着发生变化。温度在180℃以下时，韧级粒子保持不变，不受破坏。当达到180℃时，它们被撕裂为不同程度的连续网络。这些网络在200-210℃时分裂为23nm的区域结构。这些区域结构可由各温度下熔体中PVC形态结构变化的TEM（用IvIMA包埋）照片得到证实[5]。
4.3阻燃PVC性能
聚氯乙烯树脂一般是指由氯乙烯单体均聚而成的无定形聚合物，简称PVC. 聚氯乙烯PVC化学稳定性很高，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50%-60%的硝酸及20%以下的烧碱溶液。PVC树脂不溶于水、汽油、酒精和氯乙烯。分子量较低者可溶于，酮及其他酮类、脂类或氯烃类溶剂中。聚氯乙烯PVC没有明显的熔点，85℃以下呈玻璃态，在80-85℃开始软化，85～175℃呈黏弹态，加热到130℃以上时变为皮革状，175-190℃为熔融状态，190-200℃属黏流态，在180℃时开始流动，在加压条件下，145℃即开始流动。玻璃化温度在8℃上下，100℃以上开始分解，180℃以上快速分解，200℃以上剧烈分解并变黑。PVC在火焰上能燃烧，离火自熄，燃烧时降解并释放出HC、CO和苯等低分子化合物。纯聚氯乙烯PVC在紫外线单色光的照射下显示弱蓝绿荧光色，在长期光线照射下发生老化并使之色泽变暗。聚氯乙烯塑料耐老化性能较好，但在光照（尤其光波长为270-310nm时）和氧作用下会缓慢分解，释放HC，形成羰基、共轭双键而变色。PVC是无定形高聚物，没有明显的熔点，加热到120～150℃时具有可塑性。由于它热稳定性较差，在该温度下有少量HC放出，促使其进一步分解，故必须加入碱性的稳定剂中和放出的HC而抑制其自催化的分解反应[6]。
4.4阻燃PVC加工成型
PVC加工全过程包括原料准备、配料、原料混合分散、造粒、制品成型、制品后处理、回用料回收、检验、包装等工艺过程组成的完整流程。挤出是极为有用的加工技术，广泛地用于将PVC物料加工成工业产品。螺杆是挤出机中重要的工作部件，它与料筒配合后构成了一个长的物料流动通道，在螺杆转动时，PVC配混物沿螺槽向机头方向输送，在剪切和挤压作用下PVC被破碎细化，同时物料受到外部加热和内部摩擦热的共同作用逐步软化和熔融，并经受剪切混炼而塑化；过程中熔融物料被压实压紧，进入机头和成型口模前，PVC物料已转变为混合和塑化均匀、结构紧密并具有良好成型性的熔体。为达到高效生产,PVC还常用注塑成型方式成型,在PVC注射中，沉陷式浇口和隧道型浇口是十分有效的。不但主浇道和流道可自动除去，而且物料流入模腔的几何形状大大改善了制品的表观。PVC模具良好的排气是极其重要的。当里面的空气被压缩时，可以达到极高的温度，甚至远远超过PVC开始分解的温度。而且，良好的模具排气有助于提高充模效率。由于这些原因，需要让保留在模腔中的空气逸散出去，以免在物料充模时被压缩。对于PVC模具，标准的排气装置是一些深度0.05mm、宽度12.7mm的排气口，中心间隔约为25.4mm。此外，配合较松的脱模销和移动滑板，也有助于模具的排气。
4.5阻燃PVC应用
悬浮法PVC树脂主要用于加工成薄膜、硬管、软管、鞋底、全塑凉鞋、板材和人造革等制品，随着需求的不断变化和技术水平的提高，PVC应用领域越来越广泛。近年来我国以包装材料、人造革、塑料鞋等制品为主的PVC软制品消费比例逐年下降，而随着乡村城镇化，城市房地产建设的集中发展，PVC异型材、管材、板材等硬制品的消费比例不断升高。由聚氯乙烯PVC糊树脂制成的帆布，兼有防水和防火性能，是建筑工程不可少的材料；用涂布法加工成聚氯乙烯PVC壁纸，既美观大方又富有弹性，在室内装饰中占有重要地位；聚氯乙烯PVC糊树脂广泛应用于人造革生产，使普通的压延革发展到针织泡沫革、柔软革、人造皮等；聚氯乙烯PVC塑料地板，可以发泡，可以压花，也可以镶嵌，经久耐用，价格便宜；煤矿难燃输送带，以高强力尼龙丝为
骨干材料，浸渍覆盖聚氯乙烯PVC糊树脂而制成，具有防静电、不燃烧、强度高、不分层、自身轻、寿命长等优点。聚氯乙烯PVC糊树脂还可用于浸渍窗纱、手套、电机绝缘套等，在搪塑玩具、密封垫、食品包装袋在塑料制品中也占有一定比例。此外，聚氯乙烯PVC糊树脂经冷却后烧结而成的蓄电池隔板还用于汽车、飞机、轮船等蓄电池中等。可以说，在我们的生活中随时随处可见由聚氯乙烯PVC糊树脂加工而成的塑料制品，随着聚氯乙烯应用市场的逐步开发，聚氯乙烯糊树脂的用途将不断地发展壮大。
5PVC共混阻燃改性材料研究
5.1二元共混阻燃材料
5.1.1 PVC/CPE
一般采用氯质量分数为0.3~0.4的非结晶或微晶橡胶类CPE与PVC共混制备阻燃材料。为制得阻燃性能好且柔软的CPE/PVC共混材料,一般将阻燃剂、阻燃协效剂和阻燃型增塑剂配合使用。
Naseem[6]制备PVC/CPE阻燃电缆材料所用配方为:PVC/CPE 100, 异癸基联苯磷酸酯11,溴化芳香酯类增塑剂18, 邻苯二甲酸酯类增塑剂6,偏苯三酸三(正辛正癸)酯15,氢氧化铝25,钥酸锌20,煅烧硅酸铝20,三氧化二锑3,其它适量。其中,异癸基联苯磷酸酯和溴化芳香酯类增塑剂是阻燃型增塑剂。该材料的氧指数达到41.3,明燃时的烟密度为260,阴燃时为290。ElcikRG采用阻燃型磷酸酯类增塑剂与阻燃剂氢氧化镁.硼酸锌和三氧化二锑配合制备了PVC/CPE防火膜材料,该材料不仅阻燃抑烟性能好，而且耐蒸汽渗透性能优良。然而,这两种材料的耐低温性能及在较高剪切速率下的热稳定性不理想。 William等[7]采用多种增塑剂、热稳定剂、阻燃剂和阻燃抑烟协效剂配合制备了加工性能和物理性能好,阻燃抑烟、绝缘、耐低温和热稳定性能优良的低成本PVC/CPE电缆材料,并用氧指数法、锥形量热计法、烟密度法、楔形剪切强度法、动态热力学分析法等研究了材料性能的影响因素。
钥化合物与含硫聚合物多硫化物、聚亚苯基硫醚和氯磺化聚乙烯(CSM)等]配合使用对提高PVC/CPE共混材料的阻燃抑烟性能有协同作用,共混材料中含硫聚合物和钼质量分数分别;控制为0.03~0.06和0.005~0.02。加入CSM和三氧化钼后, PVC/CPE共混材料氧指数增大6.0左右。CSM中氯含量越大,越有利于提高材料的阻燃性。
5.1.2 PVC/CPVC
CPVC是PVC氯化反应的产物,其氯质量分数一般为0.62~0.72。CPVC具有强度和熔融温度高、耐化学腐蚀和自熄阻燃性能好、燃烧时生成的有毒烟气量小的特点。
pvC/CPVC共混阻燃材料常用的阻燃剂有氢氧化铝、礦酸钙镁石、三氧化二锑、硼酸锌、等,常用的阻燃型増塑剂有聚鹵化烷基磷酸酯类、聚鹵化烷基硫代磷酸酯类、柠檬酸酯类、磷酸酯类和溴化邻苯二甲酸酯类増塑剂等[8]。
少量CPVC与PVC共混就可以发挥其自熄阻燃作用，制得阻燃性能优异的共混材料。NaseemH[9]制备PVC/CPVC阻燃电缆护套材料所用配方为:PVC85,CPVC15, 溴化芳香酯类增塑剂25,异癸基联苯磷酸酯8,癸二酸二辛酯5,偏苯三酸三(正辛正癸)酯12,丙烯酸-乙烯~醋酸乙烯共聚物12,氢氧化铝45,钼酸锌25,三氧化二锑3,其它:适量。该材料的氧指数为50.0,明燃时的烟密度为233,阴燃时为275。Fagher[10]等制备PVC/CPVC 阻燃电缆及护套材料所用配方为:PVC/CPVC(共混比65~95/5~35)100, 磷酸酯类增塑剂4~35,其它增塑剂7~14,乙烯-丙烯酸酯共聚物30~50,氢氧化铝10~120, 氢氧化镁50,三氧化二锑2~ 6,硼酸锌和钼化合物等其它配合剂适量。该材料除具有良好的阻燃抑烟性能外,还具有优异的隔热、热稳定及低温柔顺性能。Takeshita[11]等制备PVC/CPVC阻燃电缆材料所用配方为:PVC95,CPVC5, 偏苯三酸三(2乙基已)酯35,聚酯类增塑剂20,甲基丙烯酸酯共聚物5,三氧化二锑10,氧化锌20,其它适量。该材料的耐油和热稳定性能好,氧指数为34.2。在PVC/CPVC共混比变为70/30 而其它组分不变的条件下制备的阻燃电缆材料耐油性能仍然较好,氧指数达到38.2,但热稳定性变劣。
5.1.3PVC/NBR
PVC/NBR共混材料具有挤出性能好、柔软、撕裂强度高、永久变形小、耐磨和耐溶剂性能优良等特点,应用较广泛。
彭建岗[12]等探讨了采用动态硫化法制备阻燃、抗静电NBR/PVC热塑性弹性体,分析了NBR/PVC共混比,导电炭黑、阻燃剂和硫化剂用;量以及返炼工艺等对热塑性弹性体阻燃和绝缘性能及物理性能的影响，所得材料优化配方为:NBR60，PVC40,导电炭黑30,氢氧化铝40,硫黄1.3。该优化配方材料的燃烧时间为1.8s(按MT113-1995测试)。
与NBR相比,羧基丁腈橡胶(XNBR)具有模量和强度高、耐磨性能好和低温下柔软等特点，其与PVC的共混材料强度高,耐磨、耐溶剂、耐臭氧和耐候性能优异，因此XNBR/PVC 共混材料广泛用于电缆护套、输送带覆盖胶等部件中。
另外,NBR可作为固体增塑剂加入PVC阻:燃材料中以减小小分子增塑剂用量,从而提
高材料的阻燃、绝缘和低温柔顺性能。具体配方为:PVC100,NBR3~25,C8~C10烷基偏苯三酸三酯30~80 ,氢氧化铝和三氧化二锑等阻燃剂10~100,其它适量。NBR作增塑剂还可减小PVC材料因小分子增塑剂抽出而出现的喷霜现象，具体为:PVC100,NBR 5~30,邻苯二甲酸二辛酯10~20,磷酸三甲苯酯20~45,氯化石蜡10~40,碳酸钙30,氢氧化铝30~65,耐火材料1~12,其它适量。张军等在用模压法制备PVC泡沫时,采用NBR改性PVC,并加入氯化石蜡和三氧化二锑,制得了综合性能良好的软质PVC阻燃泡沫，其氧指数达到27.0。
5.1.4PVC/EV A
EVA是热塑性弹性体,其性能与醋酸乙烯含量有关。醋酸乙烯含量越大,EVA的弹性、粘性及软硬段间的相容性越好,性能越接近橡胶。与PVC共混的EVA的醋酸乙烯质量分数最好大于0.4。Hirozawa等制备了PVC/EVA阻燃电缆材料,为:PVC87,EVA13,邻苯二甲酸二异戊酯26,磷酸三甲苯酯13,白炭黑(平均粒径不小于5μm)6,三氧化二锑8.7,硼酸锌43.5,三盐基硫酸铅8.7,硬脂酸铅0.9。
通过接枝改性EVA的方法可提高EVA与PVC的相容性,从而达到改善共混材料性能的目的。Takahata等[13]研究表明,用3-甲氧基乙烯基硅烷接枝改性EVA,可显著提高EVA
与PVC的相容性,所制备的阻燃材料的配方为:PVC50,接枝改性EVA50,三氧化二10,云母粉20,其它适量。该材料的阻燃性能好，遇火时会交联成炭。Nakayama等根据PVC接枝改性EVA耐低温性能好、脆性温度低、硬度对温度的依赖性小、适用温度范围宽、在较高温度;下具有一定强度的特点,制备了PVC/PVC接枝改性EVA阻燃电缆护套材料,配方为:PVC83,PVC接枝改性EVA(EVA质量分数为0.35)17,邻苯二甲酸二辛酯33,三氧化二锑8.3,+溴联苯醚8.3,碳酸钙(粒径1.9μm)33,其它适量。该材料的氧指数为35.0,拉伸强度为16MPa,拉断伸长率为240%。用粒径为1.0um的碳酸钙替代粒径为1.9μm的碳酸钙,制得的阻燃电缆护套材料氧指数为36.0,拉伸强度为19MPa,拉断伸长率为300%。另外，采用PVC与接枝改性EVA和EVA共混也可制得阻燃性能好的电缆材料,具体配方为:PVC40,氯乙烯接枝改性EVA(乙烯/醋酸乙烯质量比75/25)40,EVA(乙烯/醋酸乙烯质量比为
40/60)20,邻苯二甲酸二辛酯18,磷酸三甲苯酯22,含溴阻燃剂12,其它适量。该材料可在较低燃烧温度下交联成炭,在20℃下的拉伸强度为8.5MPa,拉断伸长率为370%。
利用EVA改性PVC,也可以制备阻燃性能好的电缆材料,配方为:PVC100,EVA(醋酸乙烯
质量分数不小于0.3)3~ 25,C8~C10烷基偏苯三酸三酯30~80,氢氧化铝和三氧化二锑等阻燃剂10~100,其它适量。该材料的耐油和耐低温性能良好。
5.2三元共混阻燃材料
近年来,为进一步提高PVC材料的阻燃性能和物理性能,广泛开展了PVC三元共混的研究。
采用PVC/EV A/NBR(共混比72/14/14)共混体系,并配合适量的阻燃型增塑剂三羟甲苯磷酸酯和阻燃剂三氧化二锑制备的阻燃电缆护套材料柔韧性好。Sekiguchi等制备PVC/EV A/NBR阻燃材料所用配方为: PVC69,EV A(醋酸乙烯质量分数不小0.6)17,NBR 14,增塑剂44.4,三氧化二锑21,稳定剂3.4,碳酸钙41,其它适量。该材料的氧指数为36.0,燃烧时氯化氢释放量为60mg.g-1。与PVC单用材料相比,该材料的氧指数增大6.0,燃烧时氯化氢释放量减小170mg.g-1。
燃材料所用配方为:PVC77,CPE15, NBR8,增塑剂DOP38.5,甲基丙烯酸酯聚合物:3,三氧化二锑7.7,氢氧化铝100,其它适量。该材料燃烧时二嗯英生成量小,拉伸强度为18MPa,拉断伸长率为210%。
Wook[14]等制备PVC/CPE/NBR阻燃材料所用配方为:PVC/NBR/CPE100,增塑剂0~50,氯化石蜡0~10,氢氧化铝5~20,硅酸镁 0~5, 氢氧化镁40~80,三氧化二锑5~10,其它适量。该材料的氧指数为28.3~41.8。
采用PVC与NBR和TPU共混(PVC/NBR质量比为1/4~1.5/1,总用量10~50份)可制备阻燃性能优异的材料。该材料燃烧时不会熔滴,且成炭性能好,其配合技术可用于对阻燃性能要求较高的制品生产。
当PVC/EV A(乙烯/醋酸乙烯质量比为60/40)/CPE共混比62.5/18.75/18.75时,通过加入25份阻燃剂制备的阻燃电线电缆护套材料的物理性能和阻燃性能优异,遇火时形成致密的炭层。
Achintya等研究表明,采用PVC与:NBR和接枝改性EPDM共混,并加入阻燃剂(三氧化二锑和氢氧化铝)等可制备阻燃低烟电缆护套材料。其中,EPDM接枝改性的引发剂为过氧化二异丙苯，单体为马来酸二丁酯;PVC预塑化料配方为:PVC 100, 三盐基硫酸铅6,硬脂酸钙1,偏苯三酸三酯50。
6结语
PVC与塑料、橡胶和热塑性弹性体共混制备:的阻燃材料物理性能好、氧指数高、燃烧时放出的有毒烟气量小,其配合技术已在阻燃电线电缆和胶带等生产中应用。进一步开展PVC共混阻燃材料的研究对开发高档次阻燃产品具有十分重要的意义[15]。
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