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塑料的抑烟技术介绍

发布日期:2012-10-19 来自:全球塑胶网

聚合物燃烧要产生大量的烟雾,有的聚合物燃烧产生的烟雾是有毒的。当聚合物中加人阻燃剂,尤其是含卤素的阻燃剂和氧化锑时,燃烧时会产生更多的烟雾和有毒气体。显然,这些毒气会污染环境,并对人的生命安全构成直接的严重危害;而烟雾则直接影响人们的可视距离和能见度。在发生火灾时,会使人们迷失逃生的方向。聚乙烯、聚丙烯等充分燃烧,并不产生黑烟;而不完全燃烧,则产生浓厚的黑烟;这是由于它们受热分解不完全,主链断裂而生成的低分子烃,含有较多碳原子;这些碳原子释放出来形成炭微粒,分散在烟雾中,形成黑色烟雾。尼龙类聚合物受热分解、燃烧,产生COCO2低级烃和环己酮。

聚合物的抑烟越来越受到人们的关注,尤其是像PVC这样的聚合物的抑烟,已成为阻燃科技领域中的热点,PVC抑烟的重要性,已超过阻燃。对更多的其它聚合物,抑烟已和阻燃相提并论。目前抑制聚合物燃烧时产生的烟雾的主要方法是向其中添加抑烟剂。一般说,凡是能捕捉烟雾并阻止或抑制聚合物热分解产生烟雾的物质,均可称为抑烟剂。后者更倾向于使用物理方法,使聚合物降温、隔热;实质上就是抑制聚合物的热分解,起到减少烟雾的作用。至于捕捉聚合物燃烧后产生的烟尘,各种抑烟剂的作用又有不同。最近,用少量纳米材料对聚合物进行抑烟,其实质就是通过纳米微粒巨大的比表面和宏观量子隧道效应去吸附烟尘,达到抑烟的目的。

抑烟剂分为无机类和有机类。无机类抑烟剂有CaC03Al(OH)3Mg(OH)2硼酸锌、MoO3八钼酸铵以及含硅化合物和一些含镁、铝、硅的矿物、有机类二茂铁和一些有机酸的盐类。CaC03的抑烟作用原理,在于它可以和烟雾中的卤化氢反应(捕捉),使之生成稳定的CaCl2,其反应式为:

CaC03+2HClCaCl2+H2 0+C02 (g)

由于上述反应属固-气非均相反应,只能在(^303固体颗粒表面进行,所以CaC03颗粒的粒径大小就成为抑烟效果的重大因素。只有微小颗粒,在同质量时,才具有大得多的比表面。根据上述抑烟原理,凡在燃烧时产生卤化氢的聚合物,如氯乙烯、氯磺化聚乙烯、氯丁橡胶等,都可以用CaC03作为抑烟剂。用填充纳米级CaC03的方法去进行抑烟,填充量仅为10%左右,就会产生理想的效果。

Al(OH)3Mg(OH)2的抑烟,主要是通过反应特点进行的。它们的受热分解反应是一个强烈的吸热反应,前者吸热量为153.4kj/mol,后者为45.6kj/mol。这么大的吸热量,会大大降低聚合物的温度,减缓其热分解。另外,放热的水变成水蒸气,也可以冲淡可燃气体,冲淡烟雾,起到阻燃、消烟双重作用。Al (0H)3也可以与含卤化合物受热分解放出的

卤化氢反应(捕捉卤化氢),反应式如下:

Al(OH)3+3HClAlCU+3H20

从而减少了烟雾中的有毒气体卤化氢的量。Mg(OH)2的阻燃、抑烟机理与Al(OH)3的相似;但Mg(0H)2的热稳定性比Al(OH)3要高得多,其分解温度为340-350°CAL(0h)3240-250所以Mg(oh)2更适合一些加工温度高的聚合物,如聚丙烯等。近几年来,对Mg(0H)2用于聚合物的阻燃消烟研究得很多,这些研究集中在如何改善其在聚合物中的分散性和相容性(Mg(OH)2在聚合物中的相容性比Al(OH)3差),如何改善结晶性,改善粒径和改善其凝集性等方面。

    有机类抑烟剂中,常用的是二茂铁及一些有机铁化合物,它们最适宜做PVC的消烟剂,加入量为1.5份100PVC或略多一些。二茂铁的阻燃机制是PVC200300℃受热后脱HC1。在此过程中,二茂铁迅速转化为α-Fe2O3而存在于PVC的炭化层中。α-Fe2O3能迅速引起炭化层的灼烧,催化氧化炭化层分解,放出CO和CO2,从而减少了石墨结构的形成数量。FeCl2FeCl3是在α-Fe2O3生成前的中间产物,它们可以改善PVC的裂解机制,使之容易生成轻质焦油,减少了炭黑的形成。另外,二茂铁受热后,还会挥发形成氧化铁细雾;在高温下,这是一种氧化力极强的物质,即出现所谓"化学炽热相";它改变了PVC的热裂解机制和进程,促进PVC完全燃烧,形成CO CO2减少炭黑的形成。