PVC木塑复合材料高效阻燃抑烟剂及其与材料组分结合作用机理研究

PVC木塑复合材料是利用废弃木质纤维和聚氯乙烯树脂（PVC）为主要原料制备的一种新型环保材料。由于其良好的加工性能、力学性能，尤其是优异的木质感，使其在室内外装饰领域具有发展潜力。如何在保证材料力学性能前提下，提高PVC木塑复合材料的阻燃抑烟性能，特别是抑烟性能，已成为材料开发方面关注的热点。本申请从解决含PVC材料在燃烧时存在的产生大量浓烟和有害气体问题为出发点，选择金属化合物和无卤膨胀型阻燃剂为基础阻燃体系，针对材料主要组分木质纤维和PVC两部分同时进行阻燃抑烟处理，设计合成PVC木塑复合材料复合高效阻燃抑烟剂，提高阻燃效果和材料力学性能。通过对材料燃烧性能评价、燃烧与热解产物成分与毒性分析、力学性能测试等方面工作，研究其阻燃抑烟性能，进一步揭示阻燃抑烟剂与PVC木塑复合材料组分之间结合作用机理，为阻燃抑烟剂的开发和阻燃材料制备提供理论依据。

采用金属氧化铜、硼酸盐、膨胀型阻燃剂作为PVC木塑复合材料（简称WF-PVC)的主要阻燃抑烟剂，通过热重分析(TG）和锥形量热仪（CONE）测试方法评价阻燃剂对PVC木塑复合材料热解和燃烧过程的影响。通过热裂解-气相色谱-质谱联机（PY-GC-MS）方法，研究阻燃剂对材料热解产物烟组分的影响，进一步分析阻燃剂与材料组分作用机理。加入CuO的WF-PVC样品，燃烧过程中虽然热降解速率提高，但是CuO能抑制HCl对PVC热降解过程的自催化作用，稳定了碳骨架，使材料点燃初期的烟气毒性明显降低。与未进行阻燃处理的WF-PVC相比，加入CuO使样品总烟产量降低37.5％，在抑制WF-PVC材料燃烧过程中烟释放方面效果明显，同时抑制了WF-PVC材料在点燃初期CO产生，降低了烟气毒性。与PVC相比，WF-PVC以及用CuO处理的WF-PVC样品，热解产物中芳香族化合物含量分别降低52.29%和49.34%，CuO抑制了燃烧产物中多环化合物的生成。硼化合物Na2B8O13.4H2O 和2ZnO.3B2O3.3.5H2O对WF-PVC热解和燃烧过程的影响差异较大。Na2B8O13.4H2O对WF-PVC热解过程影响较小，而2ZnO.3B2O3.3.5H2O使WF-PVC热解过程的残炭量提高9.6%。与WF-PVC相比，2ZnO.3B2O3.3.5H2O使WF-PVC燃烧过程的总热释放和总烟释放量分别降低了36.3%和55.8%。2ZnO.3B2O3.3.5H2O对WF-PVC材料燃烧有阻燃作用，抑烟效果显著。采用Py-GC-MS联机分析技术研究了含硼及磷化合物对木质纤维热解产物组成的影响。经硼酸和聚磷酸铵盐处理过的木质纤维在裂解过程中，挥发性有机化合物的比例明显减少；含硼化合物可能有促进CO2释放的作用，硼酸有促进异构化、脱氧的作用。聚磷酸盐对木质纤维热解过程中生成醇、醛等小分子化合物有促进作用。选择金属化合物和膨胀型阻燃剂为基础阻燃体系，针对WF-PVC材料主要组分木质纤维和PVC两部分同时进行阻燃抑烟处理，设计合成系列新型高效复合阻燃抑烟剂。采用该复合阻燃剂处理的WF-PVC样品，与未进行阻燃处理的PVC木塑复合材料相比降低，总烟产量可以降低71.5%。该复合阻燃剂具有用量少、使用方便、高效、无卤化的优点。