概述PVC塑料的阻燃与消烟
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概述PVC塑料的阻燃与消烟
钱明成2008-12-22
【大字中字小字】
PVC塑料是新型化学的重要组成部分，它是继钢材、木材、水泥之后的第四大类建筑材料。
PVC塑料建材在国外的应用已经有半个世纪的历史了。
由于它具有能耗低、质量轻、耐腐蚀、耐候性好，装饰效果佳等优点，在建筑、装饰领域得到广泛的应用。
它对于美化城市、节约能源、保护环境、提高建筑功能、改善人民居住条件等有着极重要的作用。
国家建设部、石化部、轻工总会、建材局和石化总公司联合成立了全国化学建材协调组后，先后讨论通过了《全国化学建材推广应用“ 95” 计划和2010年发展规划纲要》及《关于加速推广应用化学建材和限制淘汰落后产品的规定》的决定。
规定和纲要明确了大力推广应用塑料建材，主要发展以PVC 塑料
建材的方针，规定和纲要明确要求到2000年和2010年PVC塑料管材和PVC塑料门
窗型材的用量分别达到12万吨和300万卅及17万吨和6000卅的指标，可见发展PVC塑料建材势在必行，具有十分广阔的前景，有较大的社会和经济效益。
但是，PVC塑料因燃烧而产生大量的浓烟，给火灾的扑救、人员疏散带来极大的困难。
所以开展PVC塑料阻燃与消烟技术的研究，已是一个十分迫切的研究课题。
1、PVC塑料阻燃消烟技术的研究现状
PVC塑料早在20世纪30年代末首先由德国研制和生产，当时的产品主要是PVC 塑料管材，用以代替钢质管材首先应用于建筑排水工程等。
自此各国都先后相继开始了对PVC塑料在建筑、装饰、装修、电力等方面的开发与应用。
至1994年世界主
要国家（包括美国、西欧、日本）PVC树脂的总耗量已达1243.3万吨的新高，比1993 年增长速度已高达12.2 %。
早在20世纪70年代初，人们就已经认识到PVC塑料燃烧时产生浓烟极其毒性是火灾时致人死亡的罪魁祸首，火灾中最具有危险、最具有威胁性的有害因素。
特别对于高层建筑，情况更加严重。
据有关资料统计，在火灾死亡人数中，有80%是
由烟雾和烟气毒性造成的。
因此，近来塑料阻燃与消烟技术研究，是塑料领域的最
热门的研究课题。
虽然硬质和半硬质PVC塑料自身具有一定的阻燃性，但其燃烧时
产生大量有毒的浓烟则是一个不可忽视的问题，很难满足GB8624-97《建筑材料燃
烧性能分级方法》的要求。
目前对PVC塑料的阻燃与消烟的手段主要采用添加型技术，即将阻燃剂、抑烟剂添加在PVC树脂中，与其他辅料共同挤压成型的添加型技术。
所用的阻燃消烟剂有铝化物、硼酸锌、氧化锑、氨氧化铝、氨氧化镁、氧化锡、氧化镁及复合金属氧化物等技术，给PVC塑料有限的阻燃消烟作用。
但是由于因添
加量大，严重影响塑料的理化性能，或因阻燃消烟剂的价位偏高，造成产品成本太高等，使这一技术很难推广应用。
近年来我国各塑料生产厂家联合有关消防研究机构对PVC塑料的阻燃消烟技术研究进行了不懈的努力，已先后开发出适合PVC塑料
阻燃消烟的复合金属氧化物阻燃消烟剂，并已在PVC塑料领域得到可广泛的应用。
2、PVC塑料的阻燃消烟机理探讨
PVC W脂是一种含氯量高达56 %的直链烷烃化合物，其分子结构为[CH2-CH2-CH2-CHCL]-n自身具有较高的阻燃性，其氧指数一般可达45左右。
由于PVC树脂使用上的原因，在PVC塑料加工过程中，因添加热稳定剂、增塑剂增强剂增韧剂、润滑剂等使PVC的氧指数大大降低，烟密度明显提高（一般氧指数v 32,
烟密度＞90以上），远远得不到有关消防规范的要求。
因此对PVC塑料进行阻燃的
同时，同样也要考虑其消烟（抑烟）问题。
PVC塑料的燃烧过程，实质上就是PVC塑料热解脱HCL的过程。
当PVC热解脱HCL后，便产生大量的具有活性的多烯单体化合物，这些活性单体能瞬间形成多环机构的苯环化合物，苯环化合物是产生大量浓烟的主要因素，实验表明，在PVC W
脂中添加大量金属氧化物（如氧化铜、氧化锡、氧化钼、氧化铁等），氨氧化物（氨氧化镁、氨氧化铝），硼化物（硼酸锌），有机铁化合物（如二茂铁）及某些金属氧化物的复合物等，能有效地提高PVC燃烧时的氧指数和降低其烟密度。
PVC塑料常用的阻燃消烟剂及作用机理如下：
（1）有机二茂铁
二茂铁是常用的有机消烟剂，最适宜作为PVC塑料的消烟剂。
二茂铁是双环戊
二烯合铁化合物。
在100份PVC中添加1.5〜2.0分二茂铁就能有效地抑制PVC燃烧时的发烟量
这是由于PVC在200° C〜300°C燃烧脱HCL过程中，二茂铁在此温度条件下，能迅速转化为a-Fe2o3 存在于碳化中,a-Fe2o3 能有效地促进碳化层的灼烧，催化氧化层为CO2和CO 从而减少了炭黑的形成数量，同时二茂铁在PVC脱HCL过程中，还能
大量消耗HCL使之生成FeCL2和FeCL3，减少HCL的生成而形成有害毒性物质所以二茂铁对PVC有消烟和减少毒性的双重作用。
（2）钼系阻燃消烟剂
钼系阻燃消烟剂，包括三氧化钼（M0O）3 、钼酸氧、八钼酸铵、十钼酸铵、钼酸锌基复合物、钼酸钙基复合物。
在100份作PVC树脂中添加2份M0O3可合软质PVC塑料的氧气指数由27.5提高到30.5，而发烟量（最大比光密度）从28.2降到4.8，其减少率为79%;在100份中加2份八钼酸铵，则氧气指数由27.5提高到30.5，发烟量由28.2降到7.2，其减少率为69%。
一般认为钼系消烟剂的作用机理基于体系中的路易斯酸在起作用。
路易斯酸是一种能吸收电子对，而降低单体的活性，阻止活性多烯单体复合形式多环结构的苯环化物，从而减少了由苯燃烧产生的浓烟。
（3）复合基阻燃消烟剂
复合基阻燃消烟剂就是多种金属氧化物经科学组方复合的阻燃消烟体系。
此复合基金属氧化物阻燃消烟是由公安部四川消防科学研究所开发研制而成，这是为适应GB5022Z1995 “建筑内部装修设计规范”和GB8424-1997 “建筑材料燃烧性能分级方法”标准要求，并针对PVC 塑料加工和使用情况而研究设计集阻燃消烟于一体的PVC塑料阻燃消澡添加剂，是一种纯无机的复合金属氧化物复合体。
它能明显提高PVC燃烧时对氧指数和降低其烟密度。
复合基金属氧化物中的金属与PVC脱HCL 中的CL离子生成金属盐在强热的作用下，熔融成玻璃体覆盖在基材表面，起到隔绝氧的作用，使燃烧难以进行。
这就是复合基金属氧化物的阻燃、消烟机理所在。
（4）其他类阻燃消烟剂
这类阻燃消烟剂主要指氨氧化铝、氨氧化镁、硼酸锌等，都是些比较廉价的物质，其阻燃消渐效果较差，添加量大，一般在100份PVC中要加50份以上才有效果，而这样大的添加量对PVC塑料的理化性能有很大的影响。
一般认为，这类阻燃削烟剂主要基于阻燃热解后产生的水在起主要作用，因水受热蒸发而带走大量热能而降低阻燃物质表面基材温度;同时水分蒸发成水而稀释空气中氧的浓度，加以阻燃消烟剂热解生成大量金属氧化物覆盖在基材表面起到隔绝氧，保护基材不致燃烧。
PVC塑料阻燃消烟剂的研制成功及大量难燃浓烟塑料建材的问世，无疑将对PVC 塑料建材的发展起着推波助澜的作用，必将为提高我国建筑工程质量和功能，以及
在节能、环保、以塑代钢、以塑代木等方面取得明显的经济效益和社会效益。
注：参考文献：1、陈国荣、孙晓明《化学建材》“塑料中空护墙板研究》1993 年增刊
2、申云飞《山西化工》“消烟阻燃剂——钼化合物” 1992 年2 期
3、何道纲《塑料技术》“高聚物的燃烧与阻燃”1992 年4期
4、邵如根《化学建材》“阻燃剂与阻燃机理” 1997 年增刊
5、《化学建材》“我国防火生产展望” 1999 年增刊
南京市高新技术开发区大队。
