阻燃劑對(duì)PVC裝飾材料性能的影響研究

張翔

摘要：PVC裝飾材料具有容易加工、成本低且韌性好的優(yōu)點(diǎn)在建筑裝飾領(lǐng)域得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。在使用過(guò)程中，PVC裝飾材料容易因老化而影響壽命，解決的方法之一是在生產(chǎn)過(guò)程中加入一定量的阻燃劑，通過(guò)阻燃劑的加入來(lái)提高PVC裝飾材料的防火阻燃性能，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)材料使用壽命的目標(biāo)。本文圍繞阻燃劑對(duì)PVC裝飾材料性能的影響進(jìn)行研究，旨在提升PVC裝飾材料產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場(chǎng)需求。

關(guān)鍵詞：PVC裝飾材料;阻燃劑;性能影響

一、引言

近年來(lái)，PVC裝飾材料在建筑裝飾領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。市場(chǎng)需求量在提升，客戶對(duì)材料性能也提出了更高要求。生成企業(yè)通過(guò)優(yōu)化生成工藝，在生成中加入添加劑，進(jìn)一步提升改善材料性能，使PVC材料的應(yīng)用場(chǎng)景更廣，滿足市場(chǎng)客戶需求。

二、阻燃劑在PVC裝飾材料中的應(yīng)用

在PVC裝飾材料生產(chǎn)中經(jīng)常用的阻燃劑有很多種，如銻系阻燃劑，典型代表是三氧化銻。近年來(lái)納米材料的發(fā)展催生了納米型的三氧化銻，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)三氧化銻表面進(jìn)行改性，更好地提升三氧化銻利用率。還包括錫系阻燃劑，典型代表如ZS阻燃劑、ZHS阻燃劑。這類阻燃劑兼具無(wú)毒阻燃抑煙的效果，應(yīng)用普遍。

研究人員對(duì)不同種類和型號(hào)的阻燃劑（WSA型、TF型、SW型阻燃劑）應(yīng)用在PVC裝飾材料中的情況進(jìn)行研究。通過(guò)測(cè)定PVC材料極限氧指數(shù)，得到不同種類和型號(hào)的阻燃劑對(duì)同樣的PVC 樹(shù)脂有不同的影響。其中，WSA類型阻燃劑極限氧指數(shù)較高。分析其原因可能是WSA型的阻燃劑中阿含有較高的氮，因此一旦燃燒將產(chǎn)生氮?dú)猓枞夹Ч谩?/p>

研究人員選擇WSA型阻燃劑（WSA-105），通過(guò)改變阻燃劑加入濃度來(lái)調(diào)整阻燃劑添加量，然后檢測(cè)不同添加量的阻燃劑對(duì)PVC溶液流變性能的影響。結(jié)果表明隨著剪切速率的增加，PVC溶液黏度降低，降低的過(guò)程可大致分為兩個(gè)階段，前一個(gè)階段，隨著剪切速率的增加，PVC溶液黏度緩慢降低;后一個(gè)階段，PVC溶液黏度降低速率更快?？赡艿脑蚴乔耙粋€(gè)階段，剪切速率較低，PVC樹(shù)脂中高分子鏈纏繞程度深，而后一個(gè)階段，在很高的剪切速率下PVC樹(shù)脂分子鏈分解速度加快，表現(xiàn)為溶液黏度降低。這一結(jié)果表明，當(dāng)添加WSA-105阻燃劑后，可以改善PVC溶液的流變性。當(dāng)阻燃劑加入的濃度在較低的范圍，隨著阻燃劑加入量的增多，PVC溶液的流變性后較好的改善效果;當(dāng)阻燃劑加入的濃度范圍超過(guò)一定值后，隨著阻燃劑加入量的增多，PVC溶液的流變性沒(méi)有發(fā)生明顯變化。

研究人員對(duì)WSA-105阻燃劑進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阻燃劑條件下PVC溶液黏度進(jìn)行測(cè)試。發(fā)現(xiàn)隨著阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，PVC溶液黏度值變大。可見(jiàn)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)如果不同，也會(huì)對(duì)PVC溶液黏度帶來(lái)影響。可能原因是阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加使PVC溶液中分子數(shù)增加，高分子鏈在溶液中的運(yùn)動(dòng)變得越來(lái)越困難，從而增加了PVC溶液黏度。研究人員在上述條件下，對(duì)PVC裝飾材料的透光性影響也進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)PVC材料透光性受到阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，透光性會(huì)隨著阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而降低。分析其原因，由于阻燃劑中含有烯丙基苯并三唑有機(jī)物，分子鏈長(zhǎng)，纏繞程度深。因此，當(dāng)阻燃劑加入的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，降低了PVC材料透光率。

研究人員選擇WSA-105作為阻燃劑，在加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阻燃劑后，檢測(cè)PVC裝飾材料接觸角是否出現(xiàn)變化。發(fā)現(xiàn)阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生變化，PVC材料表面接觸角也發(fā)生變化，接觸角隨著阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小。分析原因可能是增加阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，PVC裝飾材料表面的阻燃劑含量增多，造成材料表面張力變大，接觸角變小。

三、PVC裝飾材料阻燃性能的表征

阻燃性能的表征指標(biāo)主要包括PVC熱降解性能、PVC材料阻燃性及PVC材料抑煙性。

PVC熱降解性：研究人員可采用熱重分析法、示差掃描法、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法、紅外質(zhì)譜法、光電子能譜法進(jìn)行材料熱降解性檢測(cè)，PVC裝飾材料的熱降解過(guò)程特征及變化進(jìn)行分析。

PVC材料阻燃性：通常采用的表征方法包括即氧指數(shù)法、水平燃燒法、垂直燃燒法。后兩者可以在小功率范圍內(nèi)對(duì)PVC裝飾材料的燃燒特性和規(guī)律進(jìn)行分析。

PVC材料抑煙性：具體方法包括錐形量熱儀測(cè)量法、NBS煙箱測(cè)量法，兩種方法都可以進(jìn)行抑煙性的表征。前一種是通過(guò)檢測(cè)氧消耗量來(lái)測(cè)定，可以得到材料的引燃時(shí)間、熱量釋放速度、有效燃燒熱、釋放總熱量、產(chǎn)煙毒性等參數(shù)，具有動(dòng)態(tài)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，是一種較好的表征方法。后一種是用光學(xué)透光率來(lái)表示密度參數(shù)，可以得到材料光密度、煙霧光密度、質(zhì)量光密度，還可以得到材料的平均發(fā)煙速率和失重率。

四、光氧化與材料的阻燃性能

PVC裝飾材料使用環(huán)境大多暴露在紫外線中，長(zhǎng)時(shí)間受紫外線照射引起材料變黃老化，產(chǎn)生龜裂的現(xiàn)象，對(duì)于材料使用壽命是否不利，也影響美觀性。PVC材料光氧化的機(jī)理是材料內(nèi)部化學(xué)鍵在紫外線作用下發(fā)生斷裂，生成自由基，這些自由基一旦接觸到空氣中的氧氣加速氧化，進(jìn)一步使材料老化。因此PVC材料老化是由紫外光降解引起的，氧自由基本身具有較強(qiáng)的活性，容易從周?chē)R近分子獲取氫原子。另外PVC材料中含有烯烴結(jié)構(gòu)，在光子的影響下被激發(fā)成單線態(tài)，并發(fā)生能量遷移，最終加速材料中分子不穩(wěn)定鍵斷裂，導(dǎo)致PVC材料老化。

在光氧化和阻燃性能的關(guān)系中，研究人員發(fā)現(xiàn)PVC材料老化時(shí)間與燒失量有關(guān)。PVC材料在老化的過(guò)程中會(huì)釋放出一些原料物質(zhì)，例如增塑劑在紫外線作用下會(huì)發(fā)生部分降解，內(nèi)部分子鏈破壞，斷裂過(guò)程中釋放部分熱量，加速增塑劑分解過(guò)程。增塑劑分解后的產(chǎn)物遷移速率加快，大量停留在材料表面，提高了PVC材料的極限氧指數(shù)。如果是添加了阻燃劑的PVC材料，燒失量會(huì)表現(xiàn)出明顯差異，加入阻燃劑的材料比未加入阻燃劑的材料燒失量更大。這是由于PVC材料中的增塑劑在降解后部分揮發(fā)，隨著增塑劑在材料中的含量降低，阻燃劑在材料中的占比增加。材料在紫外光照射環(huán)境中的時(shí)間越長(zhǎng)，老化程度越重，燒失量表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。由于材料中的增塑劑會(huì)受熱分解，因此在高溫環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)PVC材料部分降解，此時(shí)內(nèi)部小分子會(huì)從材料中脫去，也使PVC材料的燒失量增加。這些原因都會(huì)導(dǎo)致PVC裝飾材料隨著老化時(shí)間的增長(zhǎng)而表現(xiàn)出可燃性降低。

五、結(jié)語(yǔ)

PVC裝飾材料具有容易加工、成本低且韌性好的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使其在建筑裝飾領(lǐng)域得到越來(lái)普遍應(yīng)用。由于PVC裝飾材料受到環(huán)境因素影響，容易老化，繼而影響材料壽命。通常加入一定量的阻燃劑起到延長(zhǎng)PVC材料使用壽命的目的。本文通過(guò)分析阻燃劑對(duì)PVC裝飾材料性能的影響，旨在更好地控制工藝條件，提升PVC材料產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

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