塑木復合材料(WPC),是一種由木材或木材加工剩余物作為增強體或填料,以熱塑性聚合物如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和回收再生料等作為基體,添加各種添加劑,經過熔融(擠出、混煉、注塑和熱壓等)加工成型而制得的 一種綠色復合材料。塑木復合材料(WPC)具有易于加工、可降解以及低成本等優點,被廣泛應用于汽車裝配、家居用品、建筑材料等方面。然而,WPC 易于燃燒,阻燃性能有待提升。
磷-氮阻燃劑是一種含磷、氮元素的無鹵阻燃體系,磷氮協同作用,通過受熱分解、膨脹成炭、阻隔阻燃實現阻燃效果,具有低煙低毒、高效、對環境友好等優點。二乙基次膦酸鋁(ADP)是一種含磷的高效阻燃劑,主要在氣相和凝聚相發揮阻燃作用。ADP在高溫下分解生成含磷自由基抑制劑和偏磷酸,中斷燃燒鏈式反應,偏磷酸會進一步聚合生成聚偏磷酸,促進聚合物表面脫水成炭,形成炭層,有效的隔熱、隔氧及抑煙。三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)作為氮系阻燃劑,受熱時會產生水蒸氣和氨氣等大量不燃氣體,從而對基體受熱產生的可燃氣體進行稀釋,達到阻燃的效果,因其具有高效阻燃,無鹵環保等優點,廣泛應用于塑料、合成橡膠等材料的阻燃。
科研人員將ADP和MPP復配阻燃三元乙丙橡膠,當ADP/MPP添加量為30份、質量比為2:1時,材料的LOI可達到36%,最大熱釋放速率(HRR)下降50.2%,總熱釋放量(THR)降低25.9%,總煙釋放量(TSP)降低22.3%。另有利用ADP/MPP復配阻燃竹纖維/聚丙烯復合材料,當二者質量比為1∶2時,材料的LOI達到31.2%,pHRR和THR分別比無阻燃劑復合材料降低22.1%和21.9%,有效提高了復合材料的阻燃性能。還有試驗采用三聚氰胺-甲醛(MF)樹脂包覆ADP制備微膠囊與 MPP復配用于低密度聚乙烯阻燃,復合材料的LOI提升至30.6%,阻燃等級達到V-0級。或將ADP和MPP復配制備環氧膨脹涂料阻燃環氧樹脂(EP),當復配阻燃劑總添加量為20%,ADP與MPP質量比為3∶1時,復合材料的pHRR和THR分別降低了52.5%和41.7%。新發布的技術研究在樟木粉/高密度聚乙烯復合材料中加入ADP/MPP阻燃劑,利用極限氧指數、垂直燃燒、熱重、錐形量熱等方法,探究ADP/MPP體系對塑木復合材料阻燃性能的影響及其協同阻燃機理。經熔融共混將ADP/MPP加入樟木粉/高密度聚乙烯材料中制備阻燃塑木復合材料,研究復合材料的阻燃性能及機理。
研究表明,二者具有阻燃協同作用,添加25%ADP/MPP可提高WPC阻燃性能,WPC-A3極限氧指數從WPC的18.7%提升到31.7%,且UL-94測試中無熔滴,達到V-0級。復合材料的熱穩定性得到了提高,WPC-A3的熱失重速率峰值下降了30.6%,800℃下殘炭率比WPC提高86.1%。復合材料燃燒后部分保留了木質纖維結構,形成致密炭層,WPC-A3最大熱釋放效率減低81.6%,總釋放熱減低了炭層的質量。在氣相中ADP生成含磷自由基可猝滅燃燒鏈式反應中產生的H·、HO·和O·等活性自由基,終止鏈式反應,基體中的MPP在受熱降解后會產生一部分NH3和N2等不燃氣體,其可起到稀釋火焰周邊氧氣濃度的作用,進一步阻止火焰的傳播。
編自《ADP/MPP協效阻燃木塑復合材料》劉燁敏等
