聚氯乙烯(PVC)作为五大通用合成树脂之一,已被广泛应用于建筑、汽车、电缆、包装及家电行业。近几年来,随着发达国家PVC生产的转移和我国建筑、汽车及电力行业的迅速发展,我国PVC树脂的消费和生产量迅速增长。PVC分子中含氯量56%,氧指数大于45%,是一种自熄性聚合物。为了制得PVC的软制品,需加入一定量的增塑剂,使其氧指数显著下降,达不到阻燃要求,故需采用阻燃剂对其进行阻燃处理。无论是有焰燃烧还是无焰燃烧,PVC的发烟量都较大,并产生大量的有害气体HCl,造成人们窒息或中毒,所以PVC的抑烟和阻燃具有同等的重要性。

目前应用于PVC的阻燃剂主要有卤2锑协同阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、无机阻燃剂、抑烟剂等。卤2锑协同阻燃剂中的锑化合物主要是三氧化二锑。三氧化二锑在增强阻燃效果的同时也增加了生烟量,并且可能与致癌有关,所以找到三氧化二锑的替代品势在必行。近几年来含锡、锌类的化合物如:锡酸锌、羟基锡酸锌等作为三氧化二锑替代品的相关研究受到了越来越多的重视。锡酸锌具有无毒、无害和良好的阻燃及抑烟性能,对卤素和填料有有益的影响。

可知,碳酸钙(II号样品)对PVC的氧指数无影响,但随着其含量的增加剩炭率显著增加。锡酸锌(III号样品)、锡酸锌包覆碳酸钙(IV号样品)的加入能显著提高PVC的氧指数和剩炭率,且随着两者含量的增加,其对应阻燃样品的氧指数和剩炭率都增加。

V中的有效阻燃成分锡酸锌分布在碳酸钙的表面,其棒状或片状的结构增强了其与基体PVC的相互作用,从而提高阻燃效果。三氧化二锑(V号样品)加入5份就能使PVC的氧指数从2815%提高到3215%;当添加量为10份时,其氧指数与IV(b)的相同;但当其添加量为20份时,其氧指数比IV(c)低3%;当其含量增至30份时,其氧指数比IV(d)低5%。这表明三氧化二锑在添加量小于10份时对PVC的阻燃效果好于锡酸锌包覆碳酸钙,但当添加量继续增加时,其效果远远小于锡酸锌包覆碳酸钙。

以上的实验表明,当PVC树脂中含有等量的锡酸锌时,锡酸锌包覆碳酸钙的阻燃效果明显优于锡酸锌;当阻燃剂的添加量为10份时,锡酸锌包覆碳酸钙和三氧化二锑对PVC的阻燃效果相当,锡酸锌包覆碳酸钙基本可以替代三氧化二锑应用于PVC的阻燃。

实验结果表明,锡酸锌包覆碳酸钙能提高PVC的的致密。当含有相同量的锡酸锌时,锡酸锌包覆碳酸钙阻燃PVC比锡酸锌阻燃PVC的氧指数、剩炭率和起始分解温度高,烟密度等级低,剩炭的表面结构更均匀致密。当阻燃剂的添加量为10份时,锡酸锌包覆碳酸钙阻燃PVC的氧指数与三氧化二锑阻燃PVC的相当,但含量增加时前者明显高于后者。锡酸锌包覆碳酸钙阻燃PVC的烟密度等级比三氧化二锑阻燃PVC的烟密度等级降低10个单位,剩炭结构更致密。