PVC是五大通用樹脂之一，其制品已廣泛應用于傳統運載工具(如車輛、船舶、飛機)，大量應用于電線、電纜，還有化學建材及其他領域。PVC屬于難燃性材料，但由于在加工過程中需加入增塑劑，從而提高了PVC的易燃程度，其制品燃燒時還會產生大量煙霧，加大了火災對人們生命、財產的危害，因此PVC的阻燃抑煙成為人們研究的重要課題。

1. PVC阻燃抑煙技術　　PVC阻燃抑煙技術的研究已近30年，各種阻燃劑對PVC的作用及阻燃機理的研究也有大量文獻報道，皮紅等對此總結整理，論述了幾種典型的PVC阻燃抑煙及分析和表征技術。近年來，阻燃抑煙及表征分析技術又有了新的發展，本文將對此進行陳述。　

1.1無機阻燃抑煙劑

　金屬氧化物和氫氧化物仍是最主要的PVC阻燃抑煙劑，幾種金屬氧化物和氫氧化物復配使用及其與其他類的阻燃劑的復配使用得到了較多的研究。鎂和鋁的氧化物和氫氧化物是最常用的阻燃劑，田春明等以Al(OH)3和Mg(OH)2復配使用，選擇了合適的偶聯劑用量。Al(OH)3和Mg(OH)2的阻燃作用主要是基于其脫水吸熱效應，而消煙作用：①由于加熱過程中形成的氧化鋁和氧化鎂具有較大的表面積，能吸附煙塵；②由于在固相中促進了炭的形成。實驗結果表明：Al(OH)3和Mg(OH)2復配使用是軟PVC材料的較為理想的阻燃抑煙劑，采用硅烷類偶聯劑可使材料同時具有良好的力學性能。在此基礎上，進一步研究了金屬配合物與Al(OH)3和Mg(OH)2的協同效應，發現金屬配合物能進一步促進PVC在燃燒過程中固相成炭，即加強了抑煙的效果。Fe和Ni的配合物能提高體系的氧指數，效果明顯；而Ni和Cu的消煙效果最好。紅磷和硼酸鋅也能與Al(OH)3和Mg(OH)2產生協同效應，進一步加強阻燃抑煙的效果，但會使體系的力學性能下降。利用硼酸鋅、氧化銻和Al(OH)3的阻燃消煙協同效應還可制備低煙低鹵的PVC電纜料。

　　其他系的一些金屬化合物也可作為PVC的阻燃抑煙劑使用，如鋅系、鐵系、銅系和鉬系的一些金屬化合物，目前研究者多傾向于多種阻燃劑的復配使用，包括無機化合物之間的復配以及無機化合物和磷酸酯等有機化合物的復配使用。劉輝機等制備的PVC電纜料，在配方中包含Sb2O3、MoO3復合物和磷酸三甲苯酯。Sb2O3能在PVC燃燒時與PVC一起生成SbOCl、SbCl3，起到了捕捉自由基、隔絕空氣，從而促使PVC炭化的作用；MoO3不同于Sb2O3的阻燃機理，是在燃燒過程中與PVC形成殘炭，覆蓋在聚合物表面，達到阻燃抑煙的效果；含磷的增塑劑在受熱時分解成磷酸，磷酸受熱又生成聚偏磷酸，而聚偏磷酸有很強的脫水性，能在聚合物表面形成一層致密的碳化膜。這三者結合使用，具有更優良的阻燃和抑煙效果，同時材料的力學性能也得到較好的保留。趙鷗等分析了鐵化物/銻化物的阻燃消煙作用。實驗結果證明，鐵化物和銻化物在ABS/PVC共混物中可以增大共混物的阻燃能力；同時發現兩種金屬氧化物在減少高分子燃燒時的發煙量方面有協同作用，在共混物燃燒過程中，對增加燒焦物的形成有促進作用。雖然Sb2O3是一種高效的阻燃劑，但本身的毒性大，燃燒時放出大量的有毒煙氣，且價格較高。王海等使用SnO2作為Sb2O3的替代品，用廉價的SiO2作SnO2的增效劑和協同劑，不但有良好的阻燃抑煙效果，而且產品的成本進一步降低，PVC氧指數比未添加SiO2的增加5.5%，剩炭率增加4.1%，煙密度降低16.4%。魏昭榮等采用MoO3、磷酸、Ca(OH)2制得磷鉬酸鈣，以磷鉬酸鈣作為阻燃抑煙劑加入到PVC中，并與常用的阻燃抑煙劑Sb2O3、MoO3、Al(OH)3等對比。結果表明，加入磷鉬酸鈣的PVC材料的氧指數達到了27.1，有焰燃燒的煙密度為297，無焰燃燒的煙密度為351。

　　錫酸鋅是熱穩定性好、無毒、對呼吸系統及皮膚無刺激的阻燃劑，耐熱溫度可達600℃，有可能代替Sb2O3。添加15份錫酸鋅可使煙密度由663.4降為215.5，是添加等量Sb2O3試樣的36.5%。通過殘炭量測試和熱重分析其機理，錫酸鋅之所以能成為軟質PVC有效的阻燃劑，是因為它能對燃燒過程中的凝聚相和氣相起作用，并且主要是因為其在凝聚相中作為Lewis酸起作用。

　　低熔點的硫酸鹽也是優良的具有阻燃與消煙性的阻燃消煙劑，當其添加量達40份時，煙密度下降45%。研究表明，低熔點的硫酸鹽對PVC力學性能的影響比其他填料小。通過LOI、煙密度率(SDR)測試，采用DTA-TG和SEM來分析阻燃和抑煙機理，在適當溫度下熔融時，能有效地保護PVC降解過程中形成的殘炭，從而提高剩炭率，提高阻燃與消煙性能。當PVC中含有40份低熔點硫酸鹽(LMSG)時，SDR值減少到45%。使用無機填料對有機物進行填充改性，通常都因相容性問題而使體系的力學性能下降，因此對無機物進行表面處理以增加兩者的相容性。苑會林等對各類阻燃劑(如氫氧化鋁、氫氧化鎂、銻系、磷系、硼系、鉬系)進行偶聯處理，然后對軟質PVC進行填充。結果表明，經偶聯劑處理過的阻燃劑，由于增強了與基體的界面結合力，力學性能得到改善，阻燃抑煙性能也有所提高。

1.2納米阻燃抑煙劑

　　目前，PVC抑煙劑和阻燃劑的開發正朝高效、價廉、加工穩定的方向發展。研究發現，阻燃抑煙劑的顆粒粒徑越小，阻燃和抑煙的效果越好，因此，納米級阻燃抑煙劑的開發成為新的研究熱點。一種環保型納米級的無機阻燃抑煙劑——納米雙羥基復合金屬氧化物(LDH)已引起重視。LDH是一類具有層狀結構的復合金屬氧化物，在MgAl-CO3-LDH結構組成中含有結晶水、羥基和CO3-2，并且其層板間含有堿性位。典型的水滑石類化合物為Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，其層間存在部分水分子，這些水分子可在不破壞層狀結構的條件下去除，而LDH層間受熱脫出的H2O及羥基分解產生的水分均能稀釋空氣中的氧和聚合物分解生成的可燃性氣態產物；MgAl-CO3-LDH結構中的CO3-2受熱分解放出的CO2同時利于阻隔氧氣而達到阻燃效果；此外，LDH層板上含有堿性位對酸性氣體具有吸附作用。因此，LDH的特殊結構能夠表現出阻燃抑煙性能。添加LDH3-5份就可使PVC燃燒的最大 煙密度下降30%-50%，且對PVC的力學性能沒有不利影響。在100份軟質PVC中加入40份LDH，氧指數達到28.8，垂直燃燒結果達到UL94V-0級，說明該試樣不僅具有良好的自熄性，而且具有優良的抗點燃及抗熔滴性能。

　　王慶國等先用氯丁膠乳處理納米陶土制得無鹵阻燃填料(FR1)，再用FR1和硅氧石粉填充改性PVC，這種納米材料的阻燃性明顯高于Al(OH)3填充的PVC。

1.3有機阻燃抑煙劑

　　有機阻燃抑煙劑的特性之一是有機物與PVC的相容性好。八鉬酸蜜胺(Kc)是一種綜合性能優良的新型抑煙劑，有機蜜胺基團的存在使其具有不同于普通金屬氧化物的獨特性能。Kc和Cu2O以及Kc和Fe2O3都存在對PVC的協同抑煙作用，而協同阻燃效果不甚明顯。

　　SharmaSK合成金屬基的有機復合物(MBO)用作PVC的阻燃抑煙劑。MBO具有優良的抑煙效果，LOI較大，尤其當PVC中加入磷酸酯類增塑劑時，能有效降低PVC電纜的燃燒性，生煙量很少，同時阻燃劑不會向材料表面滲出。開發PVC的阻燃型增塑劑也是一個有效的途徑，乙烯基共聚樹脂(ECR)作為高分子質量的增塑劑，減少了材料的生煙量，提高了強度和低溫柔性。這些優點克服了阻燃添加劑使PVC在強度和柔性方面的損失以及液體添加劑使PVC發煙量增加的缺陷，因此ECR改性劑在低煙PVC中也充當了重要角色。

2.PVC阻燃抑煙的分析及表征手段

2.1性能表征

　　對材料進行阻燃抑煙性能表征的方法主要包括常規燃燒指標的測試、煙密度測試以及近年來得到重視的新一代阻燃測試技術——錐形量熱儀(CONE)。常規燃燒性能指標為最常用的氧指數法和水平及垂直燃燒法；煙密度的測試是通過光束在煙密度箱內以不同的透光率來反映煙的濃度。CONE是以氧消耗原理為基礎的新一代聚合物材料燃燒性能測定儀。由CONE獲得的可燃材料在火災中的燃燒參數有多種，包括熱釋放速率(RHR)、總熱釋放量(THR)、有效燃燒熱(EHC)、點燃時間(TTI)、煙及毒性參數和質量變化參數(MLR)等。一些熱分析方法也經常用于材料阻燃性能的表征中，如DSC、TG等。為了獲得更準確的材料阻燃和抑煙方面的信息，研究者多傾向于多種研究方法的結合。

　　李斌等通過利用CONE實驗獲得的熱失重速率、RHR、EHC、煙釋放速率和TTI等參數研究了CuO對PVC熱降解行為、阻燃和抑煙的影響。實驗結果表明，CuO的加入明顯降低了RHR和煙比率(SPR)，使PVC的點燃時間縮短。這說明CuO具有良好的阻燃性和抑煙性，并使揮發物有利于氣相燃燒反應。由于CuO促進阻燃，從而導致THR增加。

　　黃險波等通過由CONE獲得的參數，對加入幾種金屬化合物及填料的軟質PVC體系的抑煙和阻燃性，進行了較為系統的分析和研究。圖1(略)和圖2(略)給出了Al(OH)3(ATH)和CaCO3兩個體系SPR和RHR的變化。加入ATH和CaCO3后，SPR和RHR無論是峰面積還是峰值都顯著降低，加入ATH的效果更好。

　　CONE可在模擬真實火災的情況下綜合測量材料燃燒時熱釋放的動態情況，NBS煙箱測量的是材料在靜態封閉體系內煙密度的變化。二者結合能較全面地評價抑煙劑的綜合作用效果。郭棟等在研究Kc、Fe2O3和Cu2O的阻燃和抑煙性能時采用了CONE和NBS煙箱，結果表明，Cu2O的抑煙效果最佳，而Fe2O3的抑煙效果最差，但結果也有一定差別，如測得PVC/Kc/Fe2O3體系具有的最佳用量比不同，這可能是二者測煙條件不同所致。綜合兩者試驗結果則可以更全面地評價材料的阻燃抑煙性能。QuHQ使用動態熱分析技術、LOI和煙密度箱測試分析了ATH對軟質PVC的阻燃和抑煙效果以及與ATH的協同作用。研究發現，材料的阻燃和抑煙性能都與ZnO的含量有關。

　　準確表征材料的阻燃抑煙性能需要運用阻燃抑煙性能測試技術，尋找合理的阻燃體系和配方也離不開這些技術。莊萍等利用氣相色譜對材料燃燒時產生的有毒氣體CO進行快速測定，并配合使用煙密度儀，對11種加有阻燃劑的PVC樣品進行了測定，可以快速、準確地判斷、評價阻燃材料的阻燃、消煙和毒性，從而在實驗中快速、合理地調整阻燃劑的最佳配方。

2.2機理分析

　　對阻燃材料借助實驗手段進行機理分析將有助于更清晰和深入地認識燃燒的過程以及找到更為有效的阻燃抑煙的方法。黃險波等利用FTIR、TGA、XPS及CONE等測試技術對Cu2O在PVC燃燒降解過程中的作用進行了詳細的研究。從圖3(略)、圖4(略)可以看出，Cu2O的加入促進PVC提前脫出HCl，而第二個熱失重峰推遲且失重速率降低，說明PVC脫HCl后形成的結構的熱穩定性更好。利用XPS則從實驗上證實了過渡金屬氧化物促進PVC鏈間產生交聯的假設。

　　屈紅強等在ZnO與ATH復合阻燃劑對軟質PVC的協同阻燃消煙作用的研究中，通過熱分析方法研究了阻燃處理后的軟質PVC從室溫到800℃的熱降解過程(如圖5略所示)，PVC的熱降解過程分為兩個階段：第一個階段發生在180-350℃，主要是PVC受熱脫去大量的HCl和DOP的分解，顯著失重，ATH與ZnO復合能有效地使開始降解溫度明顯提前；第二階段發生在400-600℃，主要是PVC出現一些結構的重整和所生成的碳氧化，此時ATH的加入對DTA曲線影響不大，而加入ZnO后樣品的DTA曲線發生了明顯改變，剩炭的氧化放熱峰分裂成兩個峰，而放熱峰溫度明顯升高。

　　PiH等動態測試研究了9種過渡金屬氧化物對PVC在210℃下熱降解過程中脫HCl的影響。結果顯示，TiO2、V2O5、Cr2O3和MoO3的存在明顯減少了HCl的釋放量和釋放速率；MnO2、ZnO、CuO、Co2O3和Fe2O3促進了PVC熱降解過程中HCl的消除。還用ESCA技術對PVC/V2O5、PVC/MoO3、PVC/ZnO、PVC/Fe2O3體系經過210℃、3h恒溫熱分解后的主體骨架和過渡金屬氧化物的結構演變進行了系統研究，結果表明，加入過渡金屬氧化物的體系，主體骨架中有第3種結構形式的碳出現，過渡金屬氧化物在反應過程中的結構變化有兩種不同的形式：①如V2O5和MoO3，在熱分解過程中結構未發生改變，其對PVC阻燃抑煙作用的關鍵步驟是生成了一種中間態鏈V……Cl-C和Mo……Cl-C；②如ZnO和Fe2O5，在熱分解過程中分別轉化成為核心作用物——金屬鹵化物ZnCl2和FeCl3·MoClX，其對分子間交聯的促進作用是實現其阻燃抑煙功能的關鍵。

　　CONE在對阻燃機理的研究過程中也發揮了重要的作用。李斌等采用CONE進行了Cu2O和MoO3對PVC阻燃抑煙作用機理的研究，可以同時獲得氣相和凝聚相的綜合信息。研究表明，Cu2O/MoO3改變了PVC的熱降解途徑，協同降低PVC碳骨架的熱裂解速率，促進了成炭量的增加；協同降低比消光面積和增加有效燃燒熱表明，在氣相中更有利于抑煙。