PVC燃烧机理

聚氯乙烯的热降解反应机理主要有：自由基反应、离子反应、单分子反应、极化反应等四种。PVC首先在高温下脱去HCl，并形成共轭多烯，后者再环化为苯和其他芳烃，然后芳烃在气相中燃烧生烟。而燃烧产生的热量又加剧了PVC的裂解气在气相中的燃烧反应。因此PVC燃烧的一个特点就是烟很大，而且会产生HCl有毒气体。

通过对PVC电缆料中加入阻燃剂是目前最有效且最广泛使用的提高阻燃性的方法。

PVC电缆料

阻燃剂类型

卤素和锑阻燃剂

卤素阻燃剂添加量少，阻燃效率高，是目前常用的阻燃剂。卤素阻燃剂的阻燃机理为：

1）燃烧时，卤系阻燃剂分解释放出卤化氢，卤化氢能捕获造成降解的火焰中的高能自由基H-和HO-，延缓或终止反应，使燃烧停止。

2）卤化氢为一种难燃气体，密度比空气大，可覆盖在PVC表面，降低其可燃性气体的浓度，抑制材料的燃烧。卤素阻燃剂包括含氯和含溴阻燃剂，其中含溴阻燃剂阻燃效率最高。

氢氧化物阻燃剂

氢氧化物阻燃剂主要为氢氧化铝、氢氧化镁，阻燃原理为：

1）在燃烧时分解，其中氢氧化铝的分解温度为-℃，氢氧化镁的分解温度为-℃；分解后发生脱水反应，吸收高分子材料表面大量热量，可降低燃烧材料表面温度；同时脱水产生大量水蒸气，稀释可燃气体和氧气浓度。

2）分解残余物MgO和Al2O3为致密的氧化物，它们沉积于PVC表面，限制可燃气体的生成，起到隔热、隔绝氧气的作用，并达到了抑烟的效果；而且氢氧化铝和氢氧化镁可以吸收酸性气体。在相同添加量下，氢氧化镁的阻燃效果明显好于氢氧化铝。但氢氧化镁与高分子材料的相容性不如氢氧化铝好。

氢氧化镁阻燃剂

磷氮类阻燃剂

磷类阻燃剂主要有红磷、聚磷酸胺、磷胺、磷酸三甲苯酯等，主要在凝聚相中作用，阻燃机理为：

1）形成磷酸配作为脱水剂，并促进成炭，炭的生成降低了从火焰到凝聚相的热传导；

2）磷酸可吸收热量；

3）磷酸在凝聚相形成一层薄薄的玻璃状的或液态的保护层，因此降低了氧气扩散和气相与固相之间的热量和质量传递，抑制了氧化过程。含磷阻燃剂受热分解发生如下变化：磷系阻燃剂→偏磷酸→磷酸→聚偏磷酸，聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物，具有强脱水性，覆盖着在聚合物表面与隔绝空气；

4）脱出的水气吸收大量的热。氮系阻燃剂主要有三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐、尿素等，含氮阻燃剂受热时发生分解反应，具有吸热、降温和稀释等作用。

磷氮系阻燃剂属膨胀型阻燃剂，具有阻燃效率高、低毒、无腐蚀性以及与相容性好等优点。

硅系阻燃剂

硅阻燃剂，既是一种新型无卤阻燃剂，也是一种成炭抑烟剂。其阻燃机理为在燃烧时形成炭化硅隔离层，隔绝空气与高分子材料接触，抑制有毒气体和烟雾的形成，达到阻燃、抑烟的功效，一定条件下，无机硅化合物作为PVC的阻燃剂具有较好的阻燃作用。其阻燃的高聚物大多无毒少烟、燃烧值低、火焰传播速度慢。有些无机硅系阻燃剂燃烧时，生成的二氧化硅在PVC表面形成无定型硅保护层。硅阻燃剂一般不单独使用，而是作为协效阻燃剂使用。

其他无机金属盐类

硼系阻燃剂是一类应用较早、常用的无机阻燃剂，以硼酸锌为主。硼酸锌系水合物，在-℃时会释放出结晶水。硼酸锌具有热稳定性好、粒径细、体积质量小、易分散、无毒等特点，但是硼酸锌的粒度分布对材料的力学性能、应用性能和外观有较大影响。研究表明等量的阻燃剂的粒径愈小、比表面积愈大，阻燃效果就愈好。硼酸锌的阻燃机理为：

1）形成玻璃态无机膨胀涂层；

2）通过生成硼酸酯盐，促进树脂表面炭化；

3）阻止挥发性可燃物的溢出；

4）在高温下脱水，即能吸收热量，水蒸气又可稀释可燃气体。

5）在卤素化合物存在下，生成卤化硼，抑制和捕获游离的羟基，阻止燃烧连锁反应；同时可促进炭化反应，形成固相覆盖层，隔绝燃烧的表面空气，阻止火焰继续燃烧并发挥消烟灭弧作用。锡酸锌和羟基锡酸锌为代表的无机锡化合物作为软PVC的阻燃消烟剂受到越来越多的重视。

阻燃剂的协效作用

不同品种阻燃剂一起加入，往往具有比单一加入好得多的效果，这就是阻燃剂的协效作用。

卤锑协效作用，Sb?O?单独加入不具有阻燃效果，只有同卤系阻燃剂一起加入才会有阻燃作用。两者复合可产生阻燃作用较大的卤化锑和卤氧化锑。溴、氯复合，当溴、氯两者的复合比例为1:1时，阻燃剂中溴、氯总含量为10-12%时，协效作用较好。

Sb?O?

磷、氮协效作用，氮系阻燃剂的加入可促进磷系阻燃剂的炭化作用。磷系阻燃剂与含结晶水化合物协效作用，磷系阻燃剂与氢氧化铝、氢氧化镁、含水硼酸锌等均有协同性，原因为含水化合物燃烧时结晶水脱出气化，吸热降温，给含磷阻燃剂生成玻璃状多聚磷酸提供了有利条件。

溴系阻燃剂、水合硼酸锌协效作用，水合硼酸锌和溴系阻燃剂并用，燃烧时可生成溴化硼或溴化锌残存在高分子材料表面，它们在热熔状态下是一种致密的玻璃状熔融物，能将可燃的高分子材料封闭起来，因此两者有协同作用，并且效果明显。

铝、镁氢氧化物协效作用，氢氧化铝和氢氧化镁协同加入，除发挥各自阻燃作用如分解吸热、生成水蒸气稀释可燃气体、残渣沉积能隔绝氧气等三方面外，氢氧化铝还可促进氢氧化镁的炭化作用，加速PVC表面炭化，两者的复合比例为3：1～1：1之间。

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