芦苇基阻燃木塑复合材料的热解研究

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木塑复合材料(WPC)是一类具有良好的加工性能、优异的力学性能、耐腐蚀、耐水的绿色环保材料,因而被广泛应用于建材、家具、物流包装等方面。芦苇基木塑复合材料(RWPC)作为一种优良的生态环保材料,在芦苇资源化利用中占有重要位置。在RWPC的实际应用中,本文以白洋淀芦苇为原料与聚丙烯(PP)共混制备了RWPC,通过热重-质谱联用仪(TG-MS)、气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)研究RWPC的热解过程和产物分布,进行热重分析(TGA)数据的拟合,通过Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算了RWPC的热解活化能;对无卤阻燃剂体系的优化制备了无卤阻燃RWPC,并对无卤阻燃RWPC的阻燃性能和热解过程进行了研究。具体实验内容和结果如下:第一部分:采用TG-MS、GC-MS法研究了芦苇基木塑复合材料在氮气气氛和不同升温速率(5,10,15,20 K/min)下的热解过程和热解产物,TG和DTG分析结果表明,RWPC材料的残碳质量低于其理论值;由TG-MS的结果分析可知,PP的存在促进了芦苇中CO2的生成,而芦苇分解产生的自由基促进了PP在低温时解聚成小分子量的链段,在高温时解聚成大分子链段;GC-MS结果:从芦苇与RWPC-2(芦苇的含量为40wt%)的热解产物比较得出:2,4-二甲基-1-庚烯、棕榈酸三甲基硅酯、对甲氧基肉桂酸辛酯等有机物是由PP分解产生的自由基与芦苇分解产生的小分子有机物发生化学反应生成的新物质,说明在热解过程中PP与芦苇存在相互作用。以上分析结果表明RWPC在热解时其中的PP和芦苇存在相互作用。第二部分:在第一部分RWPC的加工配方中添加次磷酸铝/聚磷酸铵/可膨胀石墨(ALHP/APP/EG)复合阻燃剂,通过TGA、氧指数测试(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)、锥型量热测试(Cone)、扫描电子显微镜测试(SEM)等燃烧性能测试方法来比较不同比例阻燃剂的热稳定性和阻燃性能,利用万能拉伸机来测试其力学性能。LOI和UL-94结果表明:RWPC-3APP:1ALHP样品的极限氧指数为24%,高于两种阻燃剂单独添加时,说明APP与ALHP具有一定的协同作用;ALHP/EG复配阻燃RWPC的LOI最高但不能通过UL-94(V-0)级测试;而APP/EG阻燃RWPC综合阻燃效果较好,LOI略低于ALHP/EG阻燃样品,能够通过V-0级测试;与纯PP体系相比,APP/EG在RWPC中的阻燃效果更优,说明芦苇的加入有利于提高阻燃性能。Cone结果表明:RWPC-1APP:3EG与未阻燃RWPC相比,热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、烟释放速率峰值(PSPR)、总烟释放量(TSP)分别降低了71.6%、41.2%、79.6%、72.5%,表明APP与EG存在显著的阻燃抑烟协同作用。阻燃RWPC热解过程研究表明:与未阻燃RWPC相比,阻燃RWPC的热解活化能显著降低,但燃烧热值没有明显的降低,表明阻燃剂的添加对RWPC的热解回收过程影响较大。
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