超细氢氧化镁在PVC 压延膜中应用

2021-10-29彭鹤松吴维冰邱文福冯才敏

工程塑料应用 2021年10期

彭鹤松，吴维冰，邱文福，冯才敏，2

(1.江西广源化工有限责任公司，江西吉安 331500；2.顺德职业技术学院轻化与材料学院，广东佛山 528333)

聚氯乙烯(PVC)压延膜广泛应用于充气玩具膜、大棚膜、人造皮革、灯箱广告膜、粮食储藏膜、防渗土工膜、包装膜、盐膜、工业用薄膜、台布膜、地板革、坑布革、防水卷材等制品中[1]。随着经济的发展，PVC 压延制品得到快速的发展[2]。

PVC 压延膜中通常需要添加增塑剂来提高膜的柔软性及其它性能。然而，在PVC 中添加增塑剂后，PVC的阻燃性能会变差。为了改善PVC的阻燃性能，通常在体系中添加少量的三氧化二锑作为协效阻燃剂，提高PVC的阻燃性能。但是PVC 与三氧化二锑匹配在获得高效阻燃的同时，产生了大量的有毒有害烟雾，对环境和人体都造成了巨大的伤害。因此，研究高效低烟的PVC 阻燃体系具有重要的意义[3]。氢氧化镁(MH)是无机阻燃剂，具有一定的抑烟作用，同时能释放水气，稀释可燃气体和空气，从而起到阻燃作用，应用于不同高分子基材的阻燃改性，获得了较好的效果[4–9]。但是，在PVC 制品中，MH 作为三氧化二锑的替代剂兼抑烟剂研究的不多。

笔者选取了江西广源化工有限责任公司生产的特殊改性超细MH 应用于PVC 压延膜中，采用极限氧指数(LOI)、烟密度、拉伸强度和表面硬度等指标分析了MH 替代三氧化二锑后PVC 压延膜的阻燃性能和力学性能，获得了性价比高的配方体系，为超细MH的应用及降低PVC的使用成本推广提供技术支持。

1 实验部分

1.1 原料及配方

PVC：牌号SG5，甘肃银达化工有限公司；

超细MH：GY–3000，江西广源化工有限责任公司；

复合稳定剂(钡铬锌稳定剂)：HL–45，石家庄聚源丰化工有限公司；

超细CaCO3：GY–616，江西广源化工有限责任公司；

邻苯二甲酸二辛酯(DOP)：市售。

1.2 主要仪器及设备

开炼机：KY–3203型，东莞市厚街开研机械设备厂；

压片机：KY–3201–A型，东莞市厚街开研机械设备厂；

万能材料试验机：CMT–6104型，美斯特工业系统(中国)有限公司；

电子比重计：DH–300型，北京仪特诺电子科技有限公司；

激光粒度仪：MS–3000E型，英国马尔文仪器有限公司；

比表面积仪：NOVE2000e型，美国康塔仪器有限公司；

烟密度仪：ATS–JCY–03型，上海埃提森仪器科技有限公司；

LOI 测试仪：JF–3型，扬州昌哲试验机械有限公司；

扫描电子显微镜（SEM）：SU8010型,日本日立HITACHI 公司；

水平垂直燃烧测试仪：CZ9040型，扬州昌哲试验机械有限公司。

1.3 试样制备

按表1 配方称取原料进行配料，经充分搅拌后在双辊开炼机混炼成膜，混炼温度170℃，混炼时间10 min；将混炼好的物料按一定厚度下料取膜，在小型压片机上压片，温度160℃，保压3 min；将压制好的片材经自动取样器裁剪后进行性能测试。

表1 PVC 压延膜质量配方份

1.4 性能测试

粒径分布：采用激光颗粒分布测量仪测量CaCO3粒子粒径分布。

拉伸强度按GB／T 1040–2018 测试，拉伸速率为50 mm／min。

密度按GB／T611 方法测试。

比表面积：采用液氮吸附比表面积多点测试。

烟密度按照GB／T 8627–2007 测试。

白度按照GB／T 5950–2008 测试。

吸油量按照DB／T5211.15–2014 测试。

邵氏硬度D 按GB／T 2411–80 测试。

垂直燃烧按照GB／T 2408–2008 测试。

LOI 按照GB／T 2406.2–2009 测试。

SEM 观察：低电压模式下，未喷金直接观察，电压是2 kV。

2 结果与讨论

2.1 超细MH的性能

图1 为超细MH的SEM 照片。由图1的SEM照片可以看出，MH 呈长条形的颗粒状。表2 为超细MH的性能。由表2 可以看出，超细MH的粒径达到超细的标准，且比表面积大，白度也满足生产需求。

图1 超细MH的SEM 照片

表2 超细MH的性能

2.2 MH 对PVC 压延膜阻燃性能的影响

(1)残炭微观形貌分析。

图2 示出不同MH 含量及三氧化二锑的PVC压延膜残炭的SEM 照片。

图2 不同MH 含量及三氧化二锑的PVC 压延膜残炭的SEM 照片

由图2 可看出，只添加三氧化二锑作为协效剂，残炭表面平整，没有明显的裂纹；当三氧化二锑的含量下降，相同MH 含量的情况下，残炭表面形成了更多的微球，并逐步形成更多的裂缝；同时，当三氧化二锑含量相同时，随着MH的增加，残炭表面逐渐出现裂纹，当MH 含量为12 份时，裂纹最为明显。由此可见，MH 替代部分三氧化二锑后，在残炭表面形成了耐火的MgO 微球，这些微球能在一定程度上提供覆盖功能，提高阻燃性能；同时，MH 在燃烧过程中释放出来的水气能稀释可燃性气体和空气，并且，释放的水气过多时也会在一定程度上破坏炭层的致密性，从而降低阻燃性能[10–15]。因此，从SEM 照片看，三氧化二锑的添加量为2 份，MH 添加量为4 份时，残炭的致密性最佳。

(2) MH 对PVC 压延膜LOI的影响。

图3 示出不同MH的PVC 压延膜的LOI。由图3 可以看出，当三氧化二锑用量为2 份时，随着MH的添加量的增大，复合材料的LOI 值逐步增大，其中MH 添加量为12 份时，LOI 值最高；当MH的添加量为4 份时，复合材料的LOI 值与未替代前的复合材料LOI 值一致。当三氧化二锑用量为1.5 份和1 份时，复合材料的LOI 值先下降后升高。当三氧化二锑用量为1.5 份，MH的添加量达到8 份时，复合材料的LOI 值与未替代的复合材料基本相当。当三氧化二锑用量为1 份，复合材料的LOI 值下降较为明显，仅在MH 添加量为12 份时，复合材料的LOI 值仍然低于未替代的复合材料。由此可见，采用MH 部分替代三氧化二锑时，最佳配方体系为三氧化二锑用量为2 份、MH 用量为4 份，三氧化二锑的使用量要保持在1.5 份以上[10–11]。

图3 MH 及三氧化二锑的不同含量PVC 压延膜的LOI

(3) MH 对PVC 压延膜的烟气释放性能的影响。

图4 示出MH 对PVC 压延膜的最大烟气释放性能的影响。由图4 可看出，添加MH 后，PVC 压延膜的最大烟气释放量明显下降，且随着MH 含量的增加，PVC 压延膜的最大烟气释放量逐渐下降。当三氧化二锑为1 份，MH 为12 份时，PVC 压延膜的最大烟气释放量最小为71%；在三氧化二锑份数增加，在相同的MH 含量下，烟气释放量也会增加。可见，MH 具有一定抑烟功能，且烟气主要来源Cl与三氧化二锑的反应，起到气相阻燃的作用[12–13]。

图4 MH 对PVC 压延膜的最大烟气释放性能的影响

图5 示出MH 对PVC 压延膜的烟密度等级的影响。可以看出，随着MH 添加量的增大，烟密度等级逐步下降；在相同三氧化二锑份数的情况下，MH的增加能进一步降低烟密度等级；当MH 含量增大到12 份时，烟密度等级差距变小。由此可见，MH的抑烟效果具有一定的饱和性；当MH 为4 份时，抑烟效果的性价比最高[5–10]。

图5 MH 及三氧化二锑对PVC 压延膜的烟密度等级的影响

2.3 MH 对PVC 压延膜物理性能的影响

(1) MH 对PVC 压延膜密度的影响。

表3 是不同MH的PVC 压延膜的密度。由表3 可以看出，随着MH 含量的增加三氧化二锑含量的减少，PVC 压延膜的密度有所提高，增加幅度约为2.3%，但是变化不明显。

表3 不同MH的PVC 压延膜的密度 g／cm3

(2) MH 对PVC 压延膜拉伸强度的影响。

图6 示出不同MH的PVC 压延膜的拉伸强度。由图6 可以看出，随着MH 含量的增大，PVC压延膜的拉伸强度逐渐下降。当三氧化二锑含量为2 份，MH 含量为4 份时，拉伸强度下降最少，仅下降1.8%；当三氧化二锑含量为2 份，MH 含量为12份时，拉伸强度最差，为12.8 MPa，比未加MH的PVC 压延膜的拉伸强度下降了10%。由此可见，采用MH 替代部分三氧化二锑，拉伸强度出现不同程度下降，但下降幅度较小，能满足压延膜的力学性能要求。