阻燃剂对PVC装饰材料性能的影响研究

张翔

摘要：PVC装飾材料具有容易加工、成本低且韧性好的优点在建筑装饰领域得到越来越普遍的应用。在使用过程中，PVC装饰材料容易因老化而影响寿命，解决的方法之一是在生产过程中加入一定量的阻燃剂，通过阻燃剂的加入来提高PVC装饰材料的防火阻燃性能，实现延长材料使用寿命的目标。本文围绕阻燃剂对PVC装饰材料性能的影响进行研究，旨在提升PVC装饰材料产品性能和产品质量，满足市场需求。

关键词：PVC装饰材料;阻燃剂;性能影响

一、引言

近年来，PVC装饰材料在建筑装饰领域得到普遍应用。市场需求量在提升，客户对材料性能也提出了更高要求。生成企业通过优化生成工艺，在生成中加入添加剂，进一步提升改善材料性能，使PVC材料的应用场景更广，满足市场客户需求。

二、阻燃剂在PVC装饰材料中的应用

在PVC装饰材料生产中经常用的阻燃剂有很多种，如锑系阻燃剂，典型代表是三氧化锑。近年来纳米材料的发展催生了纳米型的三氧化锑，通过对传统三氧化锑表面进行改性，更好地提升三氧化锑利用率。还包括锡系阻燃剂，典型代表如ZS阻燃剂、ZHS阻燃剂。这类阻燃剂兼具无毒阻燃抑烟的效果，应用普遍。

研究人员对不同种类和型号的阻燃剂（WSA型、TF型、SW型阻燃剂）应用在PVC装饰材料中的情况进行研究。通过测定PVC材料极限氧指数，得到不同种类和型号的阻燃剂对同样的PVC 树脂有不同的影响。其中，WSA类型阻燃剂极限氧指数较高。分析其原因可能是WSA型的阻燃剂中阿含有较高的氮，因此一旦燃烧将产生氮气，阻燃效果更好。

研究人员选择WSA型阻燃剂（WSA-105），通过改变阻燃剂加入浓度来调整阻燃剂添加量，然后检测不同添加量的阻燃剂对PVC溶液流变性能的影响。结果表明随着剪切速率的增加，PVC溶液黏度降低，降低的过程可大致分为两个阶段，前一个阶段，随着剪切速率的增加，PVC溶液黏度缓慢降低;后一个阶段，PVC溶液黏度降低速率更快。可能的原因是前一个阶段，剪切速率较低，PVC树脂中高分子链缠绕程度深，而后一个阶段，在很高的剪切速率下PVC树脂分子链分解速度加快，表现为溶液黏度降低。这一结果表明，当添加WSA-105阻燃剂后，可以改善PVC溶液的流变性。当阻燃剂加入的浓度在较低的范围，随着阻燃剂加入量的增多，PVC溶液的流变性后较好的改善效果;当阻燃剂加入的浓度范围超过一定值后，随着阻燃剂加入量的增多，PVC溶液的流变性没有发生明显变化。

研究人员对WSA-105阻燃剂进行试验，对不同质量分数的阻燃剂条件下PVC溶液黏度进行测试。发现随着阻燃剂的质量分数增加，PVC溶液黏度值变大。可见阻燃剂质量分数如果不同，也会对PVC溶液黏度带来影响。可能原因是阻燃剂质量分数增加使PVC溶液中分子数增加，高分子链在溶液中的运动变得越来越困难，从而增加了PVC溶液黏度。研究人员在上述条件下，对PVC装饰材料的透光性影响也进行检测。结果发现PVC材料透光性受到阻燃剂质量分数的影响，透光性会随着阻燃剂质量分数增加而降低。分析其原因，由于阻燃剂中含有烯丙基苯并三唑有机物，分子链长，缠绕程度深。因此，当阻燃剂加入的质量分数增加时，降低了PVC材料透光率。

研究人员选择WSA-105作为阻燃剂，在加入不同质量分数的阻燃剂后，检测PVC装饰材料接触角是否出现变化。发现阻燃剂的质量分数发生变化，PVC材料表面接触角也发生变化，接触角随着阻燃剂质量分数增加而减小。分析原因可能是增加阻燃剂质量分数后，PVC装饰材料表面的阻燃剂含量增多，造成材料表面张力变大，接触角变小。

三、PVC装饰材料阻燃性能的表征

阻燃性能的表征指标主要包括PVC热降解性能、PVC材料阻燃性及PVC材料抑烟性。

PVC热降解性：研究人员可采用热重分析法、示差扫描法、气相色谱质谱联用法、红外质谱法、光电子能谱法进行材料热降解性检测，PVC装饰材料的热降解过程特征及变化进行分析。

PVC材料阻燃性：通常采用的表征方法包括即氧指数法、水平燃烧法、垂直燃烧法。后两者可以在小功率范围内对PVC装饰材料的燃烧特性和规律进行分析。

PVC材料抑烟性：具体方法包括锥形量热仪测量法、NBS烟箱测量法，两种方法都可以进行抑烟性的表征。前一种是通过检测氧消耗量来测定，可以得到材料的引燃时间、热量释放速度、有效燃烧热、释放总热量、产烟毒性等参数，具有动态测量的优点，是一种较好的表征方法。后一种是用光学透光率来表示密度参数，可以得到材料光密度、烟雾光密度、质量光密度，还可以得到材料的平均发烟速率和失重率。

四、光氧化与材料的阻燃性能

PVC装饰材料使用环境大多暴露在紫外线中，长时间受紫外线照射引起材料变黄老化，产生龟裂的现象，对于材料使用寿命是否不利，也影响美观性。PVC材料光氧化的机理是材料内部化学键在紫外线作用下发生断裂，生成自由基，这些自由基一旦接触到空气中的氧气加速氧化，进一步使材料老化。因此PVC材料老化是由紫外光降解引起的，氧自由基本身具有较强的活性，容易从周围临近分子获取氢原子。另外PVC材料中含有烯烃结构，在光子的影响下被激发成单线态，并发生能量迁移，最终加速材料中分子不稳定键断裂，导致PVC材料老化。

在光氧化和阻燃性能的关系中，研究人员发现PVC材料老化时间与烧失量有关。PVC材料在老化的过程中会释放出一些原料物质，例如增塑剂在紫外线作用下会发生部分降解，内部分子链破坏，断裂过程中释放部分热量，加速增塑剂分解过程。增塑剂分解后的产物迁移速率加快，大量停留在材料表面，提高了PVC材料的极限氧指数。如果是添加了阻燃剂的PVC材料，烧失量会表现出明显差异，加入阻燃剂的材料比未加入阻燃剂的材料烧失量更大。这是由于PVC材料中的增塑剂在降解后部分挥发，随着增塑剂在材料中的含量降低，阻燃剂在材料中的占比增加。材料在紫外光照射环境中的时间越长，老化程度越重，烧失量表现出上升的趋势。由于材料中的增塑剂会受热分解，因此在高温环境下会出现PVC材料部分降解，此时内部小分子会从材料中脱去，也使PVC材料的烧失量增加。这些原因都会导致PVC装饰材料随着老化时间的增长而表现出可燃性降低。

五、结语

PVC装饰材料具有容易加工、成本低且韧性好的优点，这些优点使其在建筑装饰领域得到越来普遍应用。由于PVC装饰材料受到环境因素影响，容易老化，继而影响材料寿命。通常加入一定量的阻燃剂起到延长PVC材料使用寿命的目的。本文通过分析阻燃剂对PVC装饰材料性能的影响，旨在更好地控制工艺条件，提升PVC材料产品性能和质量。

参考文献：

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