纤维素作为地球上含量最丰富的天然高分子材料,具有可再生、可生物降解的优点,但是由于纤维素的易燃性,限制了其在很多领域的应用。含有金属离子的羧甲基纤维素是纤维素最主要的衍生物之一,通过研究其本质阻燃特性与机理,能够为纤维素等多糖材料的阻燃改性提供借鉴。本文利用热重-红外联用、X射线衍射、极限氧指数、锥形量热、裂解-气相色谱/质谱联用等测试分析方法,对纤维素、羧甲基纤维素酸、羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素钙等四种材料的燃烧特性和阻燃机理进行了研究。通过热重-红外联用技术对四种材料的热稳定性和热解气体产物进行了研究。热重结果表明,钠离子和钙离子的存在,使羧甲基纤维素的残留量大大增加,并且能够催化纤维素分子链热解时在凝聚相形成更多、更稳定的降解产物。红外光谱和热降解气体量的变化曲线,说明金属离子对分子链热裂解有催化作用,能够抑制左旋葡聚糖的产生。而残渣的XRD分析表明燃烧后金属离子以碳酸盐的形式存在于残渣中。用锥形量热仪和极限氧指数对样品的燃烧和阻燃性能进行了表征,结果表明,羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素钙具有本质阻燃特性,而纤维素和羧甲基纤维素酸是易燃材料。金属离子对羧甲基纤维素具有阻燃作用,且主要是凝聚相阻燃机理。通过对材料燃烧残渣的扫描电镜照片的分析发现,羧甲基纤维素钠在燃烧过程中形成的碳酸钠和残渣构成了多孔的膨胀碳层,而羧甲基纤维素钙燃烧时生成的碳酸钙和残渣则构成了一种致密阻隔层,两种结构都能够提高材料的阻燃性能。对燃烧前后四种材料的红外光谱的分析结果表明,金属离子的存在导致羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素钙在燃烧时官能团的变化与纤维素和羧甲基纤维素酸有很大的不同,残留物结构有很大变化。并且羧甲基纤维素钠和羧甲基纤维素钙燃烧后分别形成了碳酸钠和碳酸钙。通过裂解-气相色谱/质谱联用,对四种材料的裂解产物进行了分析、研究,提出金属离子能够催化纤维素分子链裂解,改变了分子链热解历程,减少可燃物的生成,促进成炭。羧甲基纤维素纳和羧甲基纤维素钙的本质阻燃是金属离子的凝聚相阻燃机理。