三聚氰胺聚磷酸盐/季戊四醇配比、协效剂组及表面改性对聚丙烯基木塑复合材料的膨胀阻燃影响

通过极限氧指数(LOI)、线性燃烧速率(LBR)、热重分析和锥形量热分析等技术手段研究膨胀型阻燃剂(IFRs)中三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和季戊四醇(PER)的质量比、组成为m(MgO)∶m(可膨胀石墨,EG)∶m(SiO2)=1∶5∶5的协效剂组(MgO/EG/SiO2)和硅烷偶联剂(KH550)对聚丙烯基木塑复合材料(WPC)阻燃性能的影响。结果表明,当IFRs中m(MPP)∶m(PER)=23∶2(IFRs-M1)、质量分数为25%时的阻燃性能最佳,膨胀阻燃复合材料WPC/IFRs-M1的LOI和LBR分别为27.1%和3.89mm/min,较未添加的WPC分别提高48.1%和下降89.79%,燃烧时的热释放速率、总热释放量、总烟释放量和CO2释放量分别降低了76.2%、50.1%、6.9%和65.4%,600℃时的残炭率提高了498.3%。协效剂组和KH550表面处理均可进一步改善WPC/IFRs-M1的阻燃性能,均对IFRs-M1具有良好的阻燃增效作用。相比于WPC/IFRs-M1,同时用这两种阻燃增效手段的WPC/IFRs-M1/MgO/EG/SiO2/KH550,其LOI提高了3.7%,LBR降低了20.3%;材料的热稳定性明显提高,热失重降低;燃烧时的热释放速率、总热释放量、总烟释放量和CO2释放量分别降低了36.5%、37.6%、57.5%和33.33%,600℃时的残炭率提高了84.02%,显示出二者更好的协同效应。

协效剂对膨胀阻燃聚丙烯基木塑复合材料的阻燃增效研究

赋予木塑复合材料(WPC)的阻燃性能成为近年来该领域国内外的研究热点之一。本文通过两轮正交试验,研究8种常见的协效剂对膨胀型阻燃剂(IFRs,m(聚磷酸铵,APP)∶m(季戊四醇,PER)=2∶1)的阻燃增效作用,筛选出具有显著协效作用的协效剂组MgO/EG(可膨胀石墨)/SiO_2,其组成为m(MgO)∶m(EG)∶m(SiO_2)=1∶5∶5,其与IFRs的最佳配比为m(IFRs)∶m(MgO/EG/SiO_2)=1∶0.18,得到性能良好的阻燃型聚丙烯基木塑复合材料。通过热重分析(TGA)和锥形量热分析(CONE)评价IFRs及协效剂组对聚丙烯(PP)基木塑复合材料(WPC)热稳定性能和阻燃性能的影响。结果表明,IFRs及MgO/EG/SiO_2的加入可以有效提高WPC的热稳定性,WPC/IFRs/MgO/EG/SiO_2600℃的残炭率达到22.42%。WPC/IFRs的热释放速率峰(PHRR)、总热释放量(THR)和总烟释放量(TSP)相比于WPC分别降低了21.9%、8.7%和22%。MgO/EG/SiO_2的加入可以进一步提高IFRs的阻燃效率,WPC/IFRs/MgO/EG/SiO_2的PHRR和THR相比于WPC分别降低了33.0%和13.8%。

阻燃型聚丙烯基木塑复合材料的正交优化

为获得性能良好的阻燃型聚丙烯基木塑复合材料(WPC),从理论上估算WPC中木粉(WF)所含的羟基(—OH),以指导调整膨胀型阻燃剂(IFRs)中聚磷酸铵(APP)与季戊四醇(PER)的比例及用量,通过正交试验对其进行优化。利用前期试验得到的协效剂组MgO/EG/SiO_2(其组成为m(MgO)∶m(可膨胀石墨,EG)∶m(SiO_2)=1∶5∶5,配比为m(IFRs)∶m(MgO/EG/SiO_2)=1.00∶0.18)对优化后的APP/PER进行阻燃增效,进一步提高WPC的阻燃性能。结果表明,当m(APP)∶m(PER)=2.0∶0.6、IFRs的质量分数为25%时的IFRs1对WPC的阻燃效果最为显著。IFRs1及MgO/EG/SiO_2的同时加入可有效提高WPC的热稳定性,其残炭率提高至24.79%。WPC/IFRs1的热释放速率峰和总热释放量比WPC分别降低了33.9%和10.4%,WPC/IFRs1/MgO/EG/SiO_2的热释放速率峰和总热释放量比WPC分别降低了39.15%和15.99%。硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂NDZ-201和铝酸酯偶联剂DL-411-DF处理均能提高WPC/IFRs1/MgO/EG/SiO_2的力学性能和阻燃性能,其中KH550的效果最好。

生物质对木塑复合材料燃烧性能影响的研究进展

综述了生物质对木塑复合材料燃烧性能的影响。分析了生物质中纤维素、半纤维素和木质素等主要化学成分和结构对生物质燃烧性能的影响,即生物质中木质素含量越高、纤维素含量越低,可燃性能越差;结晶度越低、取向度越高,可燃性能也越差。总结了生物质对热塑性塑料PVC、PE、PP基木塑复合材料的最初点燃时间、初始降解温度、热释放速率、高温残炭率以及氧指数的影响。虽然生物质会缩短木塑复合材料的点燃时间和降低最初降解温度,但会减小热塑性塑料的热释放速率、提高高温残炭率和极限氧指数。总的来说,生物质可有效提高木塑复合材料的燃烧性能,降低塑料制品的火灾风险。