有机硅阻燃木塑复合材料的研究

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木塑复合材料(WPC)是用植物纤维(大多为木纤维)与聚合物树脂复合加工成型的新型材料,具备了植物纤维和高分子材料两者的优点,可以替代木材,能有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧张的矛盾,在包装制品、建材、仓储等领域有着广泛的应用。由于木塑复合材料属于易燃材料,因此了解木塑复合材料的燃烧性能及其阻燃改性,对木塑复合材料的应用,特别是在对阻燃有高要求场所的应用,将具有现实意义。而目前在木塑复合材料中应用较多的都是无机阻燃剂或含卤阻燃剂,随着对防火安全性的重视以及对环保概念的不断加深,对于木塑复合材料的阻燃性能也提出了更高的要求。有机硅阻燃剂不仅赋予基材优异的阻燃性能,还能改善基材的其他性能,生态友好,阻燃材料的循环使用效果较好,可满足人们对阻燃的严格要求,但将有机硅阻燃剂运用到木塑复合材料的研究少有报道。  本文将特种有机硅系阻燃剂(FRX-210)和聚硼硅氧烷应用于PE基木塑复合材料的阻燃处理,研究内容主要包括下列三个方面。  (1)选用以超细高活性氢氧化镁为载体的特种有机硅系阻燃剂(FRX-210),将其添加到高密度聚乙烯基木塑复合材料中,研究其对PE基木塑复合材料阻燃性能和力学性能影响。研究发现,在木塑复合材料中添加40份FRX-210,使木塑材料的LOI从20.0%提高到26.8%。FRX-210降低了PE基木塑复合材料在燃烧过程中产生的热和烟释放速率及CO、CO2等有害气体的释放,从而降低了火灾隐患。FRX-210对木塑复合材料的力学性能影响较小。APP和PNP都能使木塑/FRX-210体系的烟、热及CO、CO2释放量进一步降低,FRX-210与APP或PNP具有明显的阻燃协效性,且与APP复配阻燃效果优于与PNP复配。同时,FRX-210与APP或PNP复配阻燃剂对材料的力学性能影响不大。  (2)采用二步合成法合成了乙烯基聚硼硅氧烷阻燃剂,并将其与聚乙烯接枝后应用于木塑复合材料中进行阻燃改性研究,结果表明制备的聚硼硅氧烷在乙烯基含量为33.3%时阻燃效果最佳,在木塑复合材料中添加8.4%该聚硼硅氧烷可使材料的LOI从20%提高到25.9%。聚硼硅氧烷提高了木塑复合材料的热稳定性,降低了降解速率,在热降解过程中促进了残炭的形成。乙烯基聚硼硅氧烷使木塑复合材料在燃烧过程中的热、烟、CO、CO2释放量显著降低,有效提高了木塑复合材料的阻燃性能,且随阻燃剂含量的增加而提高。乙烯基聚硼硅氧烷使木塑复合材料的弯曲强度基本不变,冲击强度显著提高,克服了一般阻燃剂在提高高分子材料阻燃性能的同时损害了基材力学性能的缺陷。  (3)以二苯基二甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷为原料,制备了线性结构的甲基苯基聚硅硼氧烷[9],将该聚硅硼氧烷及其与SiO2或APP复配阻燃剂直接加入到木塑复合材料中制备阻燃木塑复合材料,并研究该系列阻燃体系的阻燃性能和力学性能。聚硼硅氧烷及其与SiO2或APP复配阻燃剂使木塑复合材料的热、CO2释放速率及质量损失率降低,但使材料的烟、CO释放速率提高。总体来说,聚硼硅氧烷与SiO2或APP复配阻燃剂比单纯聚硼硅氧烷的阻燃效果好,其中,聚硼硅氧烷与APP复配对木塑复合材料的阻燃效力最高。聚硼硅氧烷及其复配阻燃剂使木塑复合材料的弯曲强度显著提高,对材料的拉伸强度影响不大,但使材料的冲击强度下降。
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