高分子材料阻燃抑烟机理分析及研究（下）

使聚合物燃烧的中间产物分子不发生相互的成环、聚合反应，从而不生成如乙炔、苯、多环芳烃化合物等碳氢比例高的中间体，是抑烟的关键因素。

以PVC为例，其发烟主要是体系热降解过程分解生成的HCl和多环芳香化合物，因此挥发性热解产物的形成机制是决定抑烟剂是否有效的关键。

目前PVC抑烟剂的作用机理一般认为包含路易斯酸机理、还原偶联机理以及脱水和吸附作用等。

（1）路易斯酸机理

一般认为，路易斯酸位点能够促进顺式和反式双键的异构化，由于反式构型在热力学上更稳定，因此在路易斯酸位点的催化作用下，PVC脱HCl后优先形成反式多烯产物，避免了共轭多烯环化生成芳香化合物的过程，加速中间产物分子间的交联和炭化，同时路易斯酸位点可有效吸附其中的一部分HCl，减少其逸出。

（2）还原偶联机理

抑烟剂中含有的低价过渡金属可促进PVC降解的中间产物烯丙基氯的还原偶联反应，减少聚合物前期的热降解，并且烯丙基在偶联中产生的多烯链分子片段也相对较短，减少了苯等芳香族化合物的产生，实现有效抑烟。

（3）脱水和吸附作用

一些具有较大比表面积的抑烟剂，对热分解时产生的炭烟和其他有害烟气有良好的吸附作用，并可以转化为相应的化合物，抑制材料的发烟。

（1）钼系抑烟剂

钼系化合物是当前已知的具有优异性能的抑烟材料之一，主要包括三氧化钼与八钼酸铵等，其抑烟机理一般认为是路易斯酸机理。

钼元素具有空的4d价层轨道，可接受PVC上Cl原子的孤电子对形成较强的配位键，使材料整体稳定性增强。此外，形成的金属氯化物MClx可阻止释放HCl后的多烯烃链分子内成环，并促进分子间交联反应产物的形成，降低热分解生成物中芳烃化合物的比例，提高凝固相的残炭量。

此外，MoO₃或其衍生物还可通过催化分子间的Diels-Alder环化或Friedel-Crafts烷基化破坏生成苯的烯烃前体，从而促进PVC链段热分解过程的交联反应。

（2）锌基抑烟剂

镁锌复合抑烟剂是一种由MgO和ZnO构成的白色流散性粉末，目前主要作为PVC材料的添加剂，可有效抑制其发烟量。

其抑烟机理被认为是镁锌复合物与PVC裂解产生的HCl反应，生成固相金属氯化物，抑制Cl与多烯化合物间进行下一步反应，阻止碳链进一步裂解，促使致密炭层产生，降低可挥发烃类化合物的挥发量，从而达到抑烟目的。

（3）铜基抑烟剂

铜基抑烟剂的主要机理为还原偶联机理。

研究证明，Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)化合物在PVC热解时可显著抑制苯的生成，Cu(Ⅰ)的配合物在PVC高温裂解时会发生歧化反应，一部分生成Cu(Ⅱ)化合物，但更倾向于生成稳定的Cu(0)单质。

这一反应会引起PVC链间发生还原偶联反应，促进聚合物彼此交联，使苯等芳香族化合物的生成量降低，从而有效抑烟。

（4）层状金属氢氧化物

金属氢氧化物或层状复合金属氢氧化物(LDHs)热分解后会释放出大量水分子和二氧化碳，同时分解反应吸热，可有效降低体系升温速度和材料的热降解速度，并促进炭化，显著提升体系的热稳定性，降低发烟量。

同时，LDHs层板含有大量的碱性位点，可对酸性HCl气体产生吸附作用，阻止Cl元素释放到空气中，抑制白色烟雾的产生。

LDHs抑烟材料在PVC、EVA和聚氨酯弹性体(PUE)等材料中也显示出优异的抑烟性能，具广阔的应用前景。

（5）阻燃抑烟剂

与阻燃剂相比，目前对于单功能抑烟剂的研究相对较少，大多数是在研究阻燃剂的阻燃性能基础上附加研究其抑烟性能，形成“阻燃抑烟”双功能材料。

无机阻燃剂通常具有较好的抑烟性能，因此成为“阻燃抑烟”双功能材料的优选。如分子筛，磷酸盐系阻燃剂等都被报道有优异的阻燃抑烟效果。

通过多种阻燃抑烟组分的混合或复合，还可以实现不同阻燃抑烟元素和结构之间的协同作用，有效减少阻燃剂在聚合物基体中的添加量，从而减弱单种阻燃剂对高分子基材其他性能的负面影响。