塑木复合材料(WPC),是一种由木材或木材加工剩余物作为增强体或填料,以热塑性聚合物如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和回收再生料等作为基体,添加各种添加剂,经过熔融(挤出、混炼、注塑和热压等)加工成型而制得的 一种绿色复合材料。塑木复合材料(WPC)具有易于加工、可降解以及低成本等优点,被广泛应用于汽车装配、家居用品、建筑材料等方面。然而,WPC 易于燃烧,阻燃性能有待提升。
磷-氮阻燃剂是一种含磷、氮元素的无卤阻燃体系,磷氮协同作用,通过受热分解、膨胀成炭、阻隔阻燃实现阻燃效果,具有低烟低毒、高效、对环境友好等优点。二乙基次膦酸铝(ADP)是一种含磷的高效阻燃剂,主要在气相和凝聚相发挥阻燃作用。ADP在高温下分解生成含磷自由基抑制剂和偏磷酸,中断燃烧链式反应,偏磷酸会进一步聚合生成聚偏磷酸,促进聚合物表面脱水成炭,形成炭层,有效的隔热、隔氧及抑烟。三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)作为氮系阻燃剂,受热时会产生水蒸气和氨气等大量不燃气体,从而对基体受热产生的可燃气体进行稀释,达到阻燃的效果,因其具有高效阻燃,无卤环保等优点,广泛应用于塑料、合成橡胶等材料的阻燃。
科研人员将ADP和MPP复配阻燃三元乙丙橡胶,当ADP/MPP添加量为30份、质量比为2:1时,材料的LOI可达到36%,最大热释放速率(HRR)下降50.2%,总热释放量(THR)降低25.9%,总烟释放量(TSP)降低22.3%。另有利用ADP/MPP复配阻燃竹纤维/聚丙烯复合材料,当二者质量比为1∶2时,材料的LOI达到31.2%,pHRR和THR分别比无阻燃剂复合材料降低22.1%和21.9%,有效提高了复合材料的阻燃性能。还有试验采用三聚氰胺-甲醛(MF)树脂包覆ADP制备微胶囊与 MPP复配用于低密度聚乙烯阻燃,复合材料的LOI提升至30.6%,阻燃等级达到V-0级。或将ADP和MPP复配制备环氧膨胀涂料阻燃环氧树脂(EP),当复配阻燃剂总添加量为20%,ADP与MPP质量比为3∶1时,复合材料的pHRR和THR分别降低了52.5%和41.7%。新发布的技术研究在樟木粉/高密度聚乙烯复合材料中加入ADP/MPP阻燃剂,利用极限氧指数、垂直燃烧、热重、锥形量热等方法,探究ADP/MPP体系对塑木复合材料阻燃性能的影响及其协同阻燃机理。经熔融共混将ADP/MPP加入樟木粉/高密度聚乙烯材料中制备阻燃塑木复合材料,研究复合材料的阻燃性能及机理。
研究表明,二者具有阻燃协同作用,添加25%ADP/MPP可提高WPC阻燃性能,WPC-A3极限氧指数从WPC的18.7%提升到31.7%,且UL-94测试中无熔滴,达到V-0级。复合材料的热稳定性得到了提高,WPC-A3的热失重速率峰值下降了30.6%,800℃下残炭率比WPC提高86.1%。复合材料燃烧后部分保留了木质纤维结构,形成致密炭层,WPC-A3最大热释放效率减低81.6%,总释放热减低了炭层的质量。在气相中ADP生成含磷自由基可猝灭燃烧链式反应中产生的H·、HO·和O·等活性自由基,终止链式反应,基体中的MPP在受热降解后会产生一部分NH3和N2等不燃气体,其可起到稀释火焰周边氧气浓度的作用,进一步阻止火焰的传播。
编自《ADP/MPP协效阻燃木塑复合材料》刘烨敏等
