朱山寶，馬青賽，付志忠，陳緒煌

八鉬酸銨與聚磷酸銨阻燃抑煙PVC的研究

朱山寶1，2，馬青賽2，付志忠1，陳緒煌1

（1湖北工業(yè)大學材料與化學工程學院，湖北武漢430068；2蘇州奧凱高分子材料股份有限公司，江蘇蘇州215151）

以聚磷酸銨為阻燃劑，八鉬酸銨為抑煙劑，通過煙密度、氧指數(shù)、拉伸和沖擊等研究手段，探討其對聚氯乙烯力學性能及燃燒特性的影響。研究結果表明：加入6份八鉬酸銨后，對比空白PVC樣品，其拉伸強度、斷裂伸長率分別下降5.8MPa和3.9%。隨著聚磷酸銨組分的增加，拉伸強度和斷裂伸長率下降，沖擊強度增加。加入12份聚磷酸銨時，PVC的拉伸強度和斷裂伸長率分別下降10.23MPa、46.9%，沖擊性能提高了1.65kJ／m2。兩者對PVC抑煙有協(xié)同效應，其中八鉬酸銨3份，聚磷酸銨6份的抑煙效果最好，最高煙密度等級下降26.92。同時，聚磷酸銨添加量增加至12份，氧指數(shù)達到49.1。

抑煙；阻燃；八鉬酸銨；聚磷酸銨

聚磷酸銨（APP）是常用膨脹型阻燃劑［1－2］，其阻燃機理為：APP磷和氮含量都很高，它們之間又存在P－N協(xié)同效應，APP在燃燒過程中受熱分解為脫水劑聚磷酸，并促進成炭；炭層阻止熱量傳遞，降低聚合物表面溫度，阻止氣體擴散，降低燃燒區(qū)域的氧氣濃度，造成燃燒區(qū)域沒有足夠的氧氣和可燃氣體，因而起到很好的阻燃作用［3－4］。

鉬系抑煙劑主要是三氧化鉬和八鉬酸銨（AOM），鉬系化合物抑煙機理是Lewis酸機理，促進成炭同時降低煙密度。鉬系化合物抑煙體系主要是促使聚氯乙烯（PVC）分解生成反式多烯鏈，抑制生成苯，同時還促使交聯(lián)過程的發(fā)生與進行，從而達到抑制黑煙產(chǎn)生的目的。同時，鉬化物可以與三氧化二銻、氫氧化鎂等阻燃劑復配，它們之間有協(xié)同作用，能提高抑煙效果。鉬類化合物價格很貴，與三氧化二銻、氫氧化鎂復合使用還能降低成本［5，6］。

AOM作為PVC的抑煙劑，APP作為阻燃劑，探究它們之間協(xié)同作用，對PVC阻燃抑煙制品的生產(chǎn)與應用具指導意義，對探索PVC的抑煙機制也有一定的理論意義。本文研究APP和AOM二者阻燃抑煙協(xié)同作用，并探討其配比對PVC阻燃抑煙性能的影響，提高復合體系阻燃抑煙效果。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器設備

PVC粉料，SG－5，北元化工集團股份有限公司；PE蠟，硬脂酸，工業(yè)級，廣東南方巴斯夫蠟業(yè)有限公司；鈣鋅穩(wěn)定劑，工業(yè)級，湖南邵陽天堂助劑化工有限公司；八鉬酸銨，工業(yè)級，江蘇琨玉金屬科技有限公司；聚磷酸銨，工業(yè)級，常州中耀精細化工有限公司。

WQ－1007型開煉機，東莞偉慶機械設備廠；YJ型液壓機，成都航發(fā)液壓工程有限公司；XLB－350× 350型平板硫化儀，上海奇才液壓機械有限公司；XLS－20型數(shù)顯拉力試驗機，承德金建檢測儀器有限公司；XJJ－50型簡支梁沖擊試驗機，河北承德試驗機廠；YCJ－2型建材煙密度測試儀，南京江寧分析儀器有限公司；HC－2型氧指數(shù)測定儀，江蘇三豐檢測儀器有限公司。

1.2 試樣制備

按照表1PVC配方在電子天平上稱量：6份樣品混合均勻后，開煉4min，塑化均勻；將樣品放在模具中在液壓機下進行壓片，待熔融后提高壓力并保壓4min；放入平板硫化儀中冷壓2min，待冷卻后取出PVC片材并編號。

表1 PVC配方表

1.3 性能測試與表征

力學性能測試：拉伸強度按照GB／T 1040.2–2006標準測試，拉伸速率為20mm／min；

沖擊強度按照GB／T 21189–2007標準測試，沖擊試驗環(huán)境溫度為23oC。

煙密度測試：按照GB／T 8627–2007標準測試PVC試樣的煙密度等級（SDR）以及最大煙密度（MSD）。

極限氧指數(shù)（LOI）實驗：LOI是指在氧氣和氮氣的混合流動氣氛中，試樣剛好能維持有焰燃燒的氧氣的最小體積分數(shù)。按照GB／T2406－1993，試樣尺寸120mm×6.5mm×3mm。

2 結果與討論

2.1 力學性能

從圖1得到組分不同拉伸強度和斷裂伸長率的變化，空白樣PVC拉伸強度為46.41MPa；斷裂伸長率77.62%。在加入6份AOM后，PVC的拉伸強度和斷裂伸長率均下降為40.61MPa、73.72%，這是由于鉬化合物在PVC中的相容性較差。隨著聚磷酸銨組分的增加，拉伸強度及斷裂伸長率下降更加明顯，加入12份APP時，拉伸強度為36.18MPa，斷裂伸長率為30.72%。這是由于APP與PVC雖然有一定相容性，但加入量較大，影響拉伸性能。

圖1 APP含量對PVC拉伸強度和斷裂伸長率的影響

圖2顯示了PVC體系沖擊強度的變化。實驗結果表明，空白樣的簡支梁缺口沖擊強度為5.79kJ／m2，在PVC中加入6份AOM后，與空白樣的沖擊強度相比提高至6.32kJ／m2。隨著APP組分加入份數(shù)提高，沖擊性能提高比較亦明顯提高，在加入12份時為7.44kJ／m2。這是由于APP與PVC有一定相容性，APP以粒子形式存在，在產(chǎn)生應力集中效應，易引發(fā)周圍樹脂產(chǎn)生開裂，吸收一定的變形功；粒子的存在使基體樹脂裂紋擴展受鈍化，最終裂紋終止，不致發(fā)展為破壞性開裂，APP加入量大于9份后沖擊強度增加變緩。

圖2 APP含量對PVC沖擊強度的影響

2.2 煙密度

從圖3中可以看到各個組分的煙密度等級，表明添加APP PVC樣品和無添加樣品的最大煙密度和煙密度等級相差不大，說明阻燃劑APP單獨使用對PVC沒有抑煙的作用；加入AOM體系均存在抑煙作用，單獨使用AOM對PVC有抑煙的功能。APP和AOM共同使用對PVC的抑煙效果增強，說明APP和AOM對PVC的阻燃抑煙具有一定的協(xié)同作用。其中聚磷酸銨3g，聚磷酸銨6g的抑煙效果最好，其最大煙密度（MSD）為73.08，煙密度等級（SDR）為60.67。

圖3 PVC樣品煙密度曲線

2.3 氧指數(shù)

表2PVC樣品氧指數(shù)實驗數(shù)據(jù)表明：隨AOM和APP的添加，PVC的氧指數(shù)升高，表現(xiàn)得更難燃燒，阻燃性能得到提高。隨APP組分的增加，PVC的阻燃性能得到持續(xù)增強，加入12份時，氧指數(shù)為49.1。

表2 PVC樣品氧指數(shù)

3 結論

在聚氯乙烯中添加AOM和APP，研究了復合體系的燃燒性能，得到如下結論：

1）隨APP組分的增加，PVC的阻燃性能得到持續(xù)增強，其中最大氧指數(shù)為49.1；

2）APP單獨使用沒有抑煙的功能，與AOM共同使用對PVC的抑煙具有一定的協(xié)同作用；

3）加入AOM 3份、APP 6份的阻燃抑煙效果較好，其最大煙密度（MSD）為73.08，煙密度等級（SDR）為60.67；

4）加入AOM后，PVC的拉伸強度和斷裂伸長率均有所下降。隨著聚磷酸銨組分的增加，拉伸強度進一步下降，斷裂伸長率下降更加明顯，沖擊性能提高比較明顯。

［1］ 閻春綿，張忠厚，張永海，等.MoO3／ZnO／APP對硬質(zhì)PVC抑煙阻燃性能的影響［J］.塑料助劑，2008（3）：36－39.

［2］ 張暉，賴小瑩，艾常春，等.聚磷酸銨的合成及改性研究進展［J］.武漢工程大學學報，2012，34（10）：32－35.

［3］ Zhou K Q，Zhang Q J，Liu J J，et al.Synergetic effect of ferrocene and MoS2in polystyrene composites with enhanced thermal stability，flame retardant and smoke suppression properties［J］.RSC Advances，2014，4（26）：13 205－13 214.

［4］ Zhou K Q，Jiang S H，Shi Y Q，et al.Multigram－scale fabrication of organic modified MoS2nanosheets dispersed in polystyrene with improved thermal stability，fire resistance，and smoke suppression properties［J］.RSC Advances，2014，4（76）：40 170－40 180.

［5］ Zhou K Q，Yang W，Tang G，et al.Comparative study on the thermal stability，flame retardancy and smoke suppression properties of polystyrene composites containing molybdenum disulfide and grapheme［J］.RSC Advances，2013，3（47）：25 030－25 040.

［6］ 覃虎川，陳緒煌.磷鉬酸銨在半硬質(zhì)聚氯乙烯中阻燃－抑煙的應用［J］.高分子材料科學與工程，2016（10）：100－104.

The Flame Retardant and Smoke Suppression of PVC with AOM and APP

ZHU Shanbao1，2，MA Qingsai2，F(xiàn)U Zhizhong1，CHEN Xuhuang1
（1 School of Materials and Chemical Engineering，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China；2 Suzhou Okay Polymer Materials Co.，LTD.，Suzhou 215151，China）

With polyphosphoric acids ammonium salts（APP）prepared for the flame retardant and smoke suppression of ammoniummolybdat（AOM），combined with the mechanical properties，smoke density，oxygen index test，the paper studies the influence of the flame retardant and smoke suppression on the combustion characteristic of polyvinyl chloride（PVC）.The results show that after adding AOM（6phr），contrast blank PVC samples of tensile strength，breaking elongation respectively decreases5.8MPa，3.9%.With the increase of APP composition，tensile strength and breaking elongation decreases，and the impact strength increases.When it is joined with the APP（12phr），PVC tensile strength and breaking elongation declines 10.23MPa，46.9%，impact increased 1.65MJ／m2.Two components have a synergistic effect on smoke suppression，with APP（6phr）and AOM（3phr）achieving the best effect of smoke suppression and maximum smoke density decreased by 26.92.At the same time，the oxygen index rises to 49.1when APP content increases to 12phr.

smoke suppression；flame retardant；AOM；APP

TQ322.2

A

［責任編校：張 眾］

1003－4684（2017）04－0091－03

2017－04－11

科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金項目（12C26114204638）

朱山寶（1970－），男，江蘇寶應人，湖北工業(yè)大學碩士研究生，研究方向為聚合物成型加工

陳緒煌（1971－），男，湖北通山人，工學博士，湖北工業(yè)大學教授，研究方向為高聚物結構與性能，高分子材料成型加工