高分子材料抑烟剂N-2S

摘要： 在高分子材料阻燃抑烟技术中，金属化合物发挥着重要的作用。本文综述了其研究和应用进展。

关键词: 高分子，金属化合物，阻燃抑烟

前言

   伴随火宅产生的大量有毒烟雾，往往造成二次灾害。因此，高分子材料的阻燃抑烟问题备受重视。金属化合物作为高效阻燃抑烟剂，在阻燃材料的研究开发中，发挥着越来越重要的作用。本文就其研究和应用进展进行综述。

1、高分子材料的燃烧特性及阻燃剂的功能设计

   在燃烧环境下，高分子材料的燃烧产物中含有大量有毒的、腐蚀性的气体（表1），并伴随产生大量的烟雾（表2），为害尤甚。

由此可见，阻燃剂的功能设计，除了赋予高分子材料以优异的阻燃性能、基本不影响（或影响甚微）材料的物性和加工性、物美价廉之外，还应考虑到低烟、低毒问题，即：开发环境适应型、安全卫生型的高性能阻燃材料。这也正是阻燃技术的一个重要研究课题。其中，一些金属化合物的优异阻燃消烟性能尤其引起国内外专家学者的极大兴趣。其研究与开发方兴未艾。

2. 氢氧化铝和氢氧化镁

       无卤阻燃低发烟技术，近年来已进入实用化阶段。电线、电缆用阻燃绝缘护套材料的开发即是一例。1970年左右着手开发时，是以PVC为基材，以卤系阻燃剂-Sb₂O₃协同阻燃体系或有机阻燃剂为中心。1975年左右，开发了低氯化氢生成量、低腐蚀性材料。1978年之后，则朝着开发无卤、低烟的阻燃材料方向发展。以聚烯烃为基础材料，添加AI(OH)₃和/或Mg(OH)₂等无机阻燃剂。欧美以AI(OH)₃为主，日本则以Mg(OH)₂为主。

      氢氧化铝（ATH，三水合氧化铝）与氢氧化镁的阻燃机理，主要归因于其在燃烧条件下的脱水、吸热作用。

      AI(OH)₃在245～320℃的温度范围内即已基本完成了脱水反应，故适用于加工温度较低的聚合物；Mg(OH)₂则在更高的温度（340～490℃）下发生脱水反应，故适用于高温分解型聚合物。

      在抑制材料温度上升、降低材料表面放热量。提高材料自燃温度（高填充时）、延缓引燃时间方面、氢氧化铝的作用效果优于氢氧化镁；而在提高材料自燃（低填充时）、提高氧指数、促进炭化效果方面，氢氧化镁则强于氢氧化铝。

      无论是明燃或是无焰延烧（阻燃），AI(OH)₃和Mg(OH)₂都有明显的阻燃消烟效果。见表3。

添加ATH的甲基丙烯酸树脂体系，其烟浓度随着ATH添加量的增加而呈线性减少。例如，100phr配合物（树脂量占50%）的发烟量仅为纯树脂的1/12。这不但是因为“燃料”（有机物）量减少，而且，还与添加ATH的树脂体系的燃烧速率降低、绝对燃烧量减少有关。AI(OH)₃和/或Mg(OH)₂填充到PVC中，既能提高其阻燃消烟性能，又可以减少HCI的生产量。

应当指出，氢氧化铝和氢氧化镁在提高材料阻燃消烟性能的同时，往往会不同程度地损害材料的加工性和机械力学性能。无机阻燃剂的微粒化、表面改性和协同效应，已成为解决这一难题的良策。例如，美国索莱姆公司（Solem Industries）推出了一系列经过硅烷偶联剂、硬脂酸等表面处理的AI(OH)₃、超细ATH，以及经过改良的Mg(OH)₂新品种。

为了改善由于无机阻燃剂的添加（尤其是高填充时）而导致材料物性下降的状况，提出了“阻燃催化剂”的新概念，即在燃烧时聚合物发生热分解的情况下，能对梯形聚合物的形成、直至炭化的整个反应过程起促进作用的“催化剂”在以100phr Mg(OH)₂为阻燃剂的EVA体系中，添加表4中所示的少量金属化合物，就可以显示出协同阻燃增效作用。

这一事实说明，某些特定的金属元素确实具有“阻燃催化”作用。如果它们与基础聚合物有较好的相容性，那么，就有可能将机械力学性能的下降减少到最低程度。此外，某些有机属配位化合物，例如双（水杨醛）铜（或锌）、双（8-羟基喹啉）锰（或铜）等也有类似的作用。

综上所述，这种“阻燃催化剂”的开发，将为人们使用较少量的阻燃剂，而达到较为理想的阻燃消烟效果提供了可能性。

3. 硼酸锌

硼酸锌（3.5水合硼酸锌），分子式为2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O，ZnO含量37.3%，B₂O₃含量48.1%，平均粒径2～10um。相对密度2.69。折光率1.58～1.59。在260℃以上仍能保持其结晶水，故适于高温加工的需要。其特点为：1）价廉。阻燃效能虽不及Sb₂O₃ ，但价格仅为其三分之一左右，可部分代替Sb₂O₃；2）与卤系阻燃剂有协同效应；3）折光率跟高聚物相近，可保持一些树脂的半透明性，而不影响其色泽；4)作为无毒高效消烟阻燃剂之一，已在美国得到重点推广。

美国Borax公司开发的部分硼酸锌产品列于表5中。

另据报道，该公司推出的新品种Fire-brake 415，热稳定性极高、生烟量极低。其失水温度（413℃）比标准硼酸锌约高110℃，可用于加工温度极高的工程塑料（聚酮、聚砜、聚醚酰亚胺等），阻燃性、抑烟性俱佳。以其代替等量的Firebrake ZB，可使软PVC电缆包覆层的最大烟密度降低100～130。而XPI-213因其含水量高（30%）、失水温度低（100℃），特别适用于膨胀型阻燃涂层。在PU软泡中以硼酸锌代替部分氧化锑，材料烟密度下降30%，并可促进炭化层的形成。

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美国CIimax公司研制的高温硼酸锌ZB-233，在250℃时仅失水1%。2Phr ZB-233与0.5phr氧化锑并用，其阻燃效果与2phr氧化锑相同，却使材料的最大烟密度（明燃，NBS法）由696降至324。

对EPDM/PP热塑性弹性体（TPVO）阻燃性能的研究表明，用硼酸锌替代部分Sb₂O₃对材料力学性能影响不大。替代60%的Sb₂O_3, ，仍有良好的阻燃性能。（表6）