由于重大火灾的频发而引起建筑、高分子材料、装饰装修、塑料制品加工行业及有关政府部门对高分子装饰装修材料的阻燃和抑烟技术的重视。从因高聚物而发生的重大火灾中可以看出,许多人在火灾中伤亡,首先是由于有毒气体和烟雾窒息所造成。与纸张、棉纤制品、木材等天然有机材料相比,有些塑料制品并不易燃。棉纤维的氧指数为18.4%,羊毛为25.2%,尼龙纤维为20.1%,涤纶为20.6%,而PVC纤维的氧指数达到37.1%,且PVC还有自熄特性(在无火焰助燃的情况下能自熄),如对PVC再进行阻燃处理,其阻燃性还会明显提高。但是,在缺氧和不完全燃烧的情况下,高聚物的发烟量要远远超过天然的棉、毛纤维,如:棉和人造丝的视野减少率均为4%、尼龙为6%、羊毛为18%,而PVC纤维为34%、腈纶纤维为97%。因此,在高聚物材料的阻燃技术中,抑制高聚物在燃烧过程中的发烟量是极为重要的技术要点。
(l) PVC塑料的阻燃PVC塑料是在门窗、管材、电线电缆、防水卷材、地面材料、建筑型材、线材、家具等建筑装饰装修材料中用量最大塑料品种。
它的含氯量为56%左右,氧指数为40%左右,是一种阻燃性能较好、具有自熄性的塑料。但是为了方便加工和应用,往往要在其中加入一定数量的增塑剂,而多数增塑剂是易燃的,因而某些软质的PVC塑料就因此失去阻燃特性而成为可燃材料。例如增塑剂对PVC燃烧性能的影响见表2-19。
图2-19 增塑剂DOP用量对PVC燃烧性能的影响DOP用量/%O608090氧指数/%>4222.221.119.2要制作保持阻燃特性的软质PVC塑料制品(如屋面防水卷材),则可采用本身阻燃性较高的增塑剂——磷酸酯类并适量加入稳定剂(金属盐类),就能一定程度地提高其阻燃性(见表2-20)。
表2-20磷酸醣娄增塑剂对PVC燃烧性能的影响配 方1#2#3#4#PVC树脂DOP磷酸三甲苯酯磷酸三(2-氯乙基)酯稳定剂试样燃烧情况10050000燃烧10045053自熄100400103自熄 100381403自熄在PVC中加入少量的三氧化二锑即可起到较好的阻燃作用(见表2-21)。三氧化二锑既可作为阻燃剂,又是一种增白剂,其白度次于钛白粉,但其耐老化性能优于其他白颜料。除目前常用的以添加阻燃剂的方式来提高PVC塑料的阻燃性外,尚可通过添加无机填料、交联剂及选用耐热增塑剂和配合稳定剂的方法来提高PVC塑料的阻燃性。如加人碳酸钙、高岭土等无机填料,碳酸钙可起到5/6气体捕捉剂的作用;添加氢氧化铝、硼酸锌,在遇到燃烧时,能形成气态覆盖层,切断氧的供应而发挥阻燃作用;添加亚硫酸钙等含结晶水的无机填料也是一种简单而有效的办法。
表2-21 添加三氧化二锑对软质PVC可燃性的影响项 目配 比氧指数/%PVC树脂DOP三氧化二锑1#2#3#100Joo1009090900巭3.5巭7.019. 223. 625. 9(2)高聚物的抑烟技术高聚物一旦接触火种,就会急剧地蔓延燃烧,此时由于供氧不足而出现不充分燃烧,加之高聚物本身分子结构以碳原子为主的碳氢化合物组成,就会释放出大量黑烟、水汽、CO、CO2及其他有毒气体。
在高聚物中加入阻燃剂确实可提高高聚物的阻燃、耐燃性,但是氯类阻燃剂及三氧化二锑等阻燃剂却会导致高聚物在燃烧时放出大量烟雾和毒气,这正是它的致命弱点,所以在对高聚物采取添加阻燃剂,提高其阻燃性的同时,必须要抑烟和遏制有毒气体的发生量。
高聚物阻燃中的抑烟技术,一般分为物理法和化学法两种:物理法抑烟采用叠层、包覆、涂覆、堵塞等物理手段来隔绝火焰与高聚物的直接接触,以阻止火焰和热量的传人,减少和延缓高聚物的分解、烟气的发生和逸出;化学法主要是添加无机填充剂、抑烟剂和5/6气体捕捉(吸收)剂等。例如,在PVC中添加钼化合物,在PU中添加各种有机酸,在橡胶中添加氢氧化铝、氨氧化镁等,都能有效地抑制烟气的发生。另外,以水合氧化物为代表的无机填充剂,在抑烟方面有很好的效果,如水合氧化铝、水合氧化镁等,一般称之为抑烟剂。
CaC03是PVC极好的HCI气体捕捉剂,它在800~1000℃极易与HCl气体反应生成稳定的CaCI2而残留在燃烧后的碳化层中,它的作用随着添加量的增大而增大,粒径越细对HCl气体的捕捉能力也越强,所以若将少量的纳米CaCO2加入PVC巾,既能起到吸收HCI气体的作用,又能改进PVC的物理力学性能。阻燃和低烟、低毒对于高聚物是一对不易解决的矛盾,开发研制既阻燃又在一旦失火时“低烟”、“低毒”的新配方,而价格又能被市场接受的高聚物新材料是当前世界不断研究的课题。