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摘 要：简述了木材、高分子聚合物及木塑复合材料的燃烧特性。综述了无机阻燃剂、卤系阻燃剂、膨胀系阻燃剂及纳米粒子阻燃剂对木塑复合材料阻燃性能影响的研究现状，发展低毒、高效、环境友好的阻燃木塑复合材料是今后研究的发展方向。
关键词：木塑复合材料；聚合物；阻燃
木塑复合材料（wood Plastics composites，简称WPC）是一种新型的绿色环保复合材料，该材料综合了木材和塑料两者的优点，并且木塑复合材料大多采用木材加工剩余物（木屑、刨花等）和废旧塑料为原料生产，综合性能突出而且经济效益显著，因此此材料一经问世，就获得了广泛的关注。
1 木塑复合材料的阻燃性研究
木塑复合材料若不经阻燃处理，将不能达到建筑内部装修设计防火规范的要求，相关研究表明木塑复合材料的燃烧性能优于塑料，但是却比木材差。
1.1 木材与聚合物的燃烧特性
木材在外部热源作用下，温度逐渐升高，当达到分解温度是会产生一氧化碳、甲醛、乙烷、乙烯、醛、酮等可燃性气体。一般文献上把260℃作为木材热力学上不稳定温度，木材不仅易燃，而且燃烧时放出大量的热，平均为18KJ/kg。
聚合物的燃烧是一个非常激烈复杂的热氧化反应。燃烧的一般过程是在外界热源的不断加热下，聚合物先与空气中的氧发生自由基链式降解反应，产生挥发性可燃物，该物达到一定浓度和温度时就会着火燃烧起来，燃烧所放出的一部分热量供给正在降解的聚合物，进一步加剧其降解，产生更多的可燃性气体，火焰在很短的时间内就会迅速蔓延而造成大火。
1.2 木塑复合材料的燃烧特性
Mueller等使用量热仪研究木材、塑料以及木塑复合材料燃烧过程中的热释放速率，实验结果表明木材的热释放速率最低，塑料最高，木塑复合材料的热释放速率介于二者之间；但是木塑复合材料的引燃时间却低于塑料。秦特夫[1]等利用锥形量热仪等评价方法，从引燃时间、释热、质量损失和发烟等方面对WPC以及阻燃WPC的燃烧性能进行了研究，结果表明WPC的引燃时间、燃烧释热高于人工林产木，低于聚丙烯（PP）。总体来看，木塑复合材料燃烧的过程十分复杂，可能涉及木材燃烧和塑料燃烧以及二者的相互作用问题。。
2阻燃木塑复合材料的研究进展
木塑复合材料的阻燃涉及到对木材组分阻燃和对聚合物的阻燃，常采用的阻燃材料为无机阻燃剂、含卤阻燃剂和含磷阻燃剂等。
2.1 无机阻燃剂
无机阻燃剂主要是以单质或化合物的形式存在，常见的无机聚丙烯阻燃剂为Al（OH）3和Mg（OH）2。
García等研究发现采用Al（OH）3阻燃剂，可以有效地提高木塑复合材料的阻燃性能，但由于阻燃剂的加入使复合材料混合不均匀，材料内部出现小气孔，导致材料容易褪色。为了探究协效剂是否可以部分替代Al（OH）3或Mg（OH）2，研究人员进行了大量实验，如Sain等用Mg（OH）2阻燃PP基木塑复合材料。研究表明，Mg（OH）2添加量达50%时，复合材料阻燃效果明显，5 %的硼酸或硼酸锌替代Mg（OH）2材料的阻燃效率降低，即硼酸锌或硼酸与Mg（OH）2一起使用时无协同效应。所以开发有效的阻燃增效剂对Al（OH）3和Mg（OH）2来说也是无卤阻燃技术的重要方向之一。
无机磷系阻燃剂主要有红磷、磷酸盐以聚磷酸盐等。红磷是一种比较有效的阻燃剂，具有高活性、热稳定好、不产生腐蚀性气体、耐久性好等特点。但也存在与树脂相容性差、易氧化、长期与空气接触会释放有毒气体、粉尘易爆炸等缺点。目前将无机红磷应用于木塑复合材料阻燃的研究比较少。王清文用焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐制备阻燃木塑复合材料，该材料烟雾小，力学性能和阻燃性能好，适于成型加工温度要求较高的木塑复合材料。湖州美典新材料公司利用无机红磷为阻燃剂，制备了高性能的阻燃型木塑复合材料，该材料通过相关的阻燃测试，进而取得了上海世博会中国馆5000多平方米的场地铺设权。
2.2 卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大、应用最广泛的阻燃剂，其反应机理相同，即在燃烧过程的气相中干扰自由基链反应。具有阻燃效率高、适用范围广、价格适中、对阻燃性能影响小、使用方便等优点，但卤系阻燃剂的主要缺点是降低了基材的抗紫外线稳定性，燃烧时生成的烟雾较多，并产生腐蚀性气体和有毒气体，产生二次污染。
目前多采用有机溴化物与三氧化锑复配对PE进行阻燃。Carty和White研究了三氧化二锑（Sn2O3）对高分子聚合物的阻燃性能和热稳定性能的影响，发现卤-锑之间存在显著的协同效应，卤化物和锑在材料燃烧时能在一个较宽的温度范围能生产Sn2X3，能有效的捕捉材料燃烧时产生的自由基。Camino和Costa研究报道了溴-锑协同作用的机理，他们认为溴系阻燃剂阻燃效率高，热稳定性好，添加量少，是卤系阻燃剂中最重要和最有效的一类，但阻燃后的材料在燃烧时会产生大量的烟雾、有毒且具腐蚀性的卤化氢气体。目前，国内外研制的含溴阻燃剂已达80余种，由于这类阻燃剂会造成环境污染，欧盟已禁止使用一些含溴化合物。
2.3 膨胀系阻燃剂
膨胀型阻燃剂 IFR（Intumescent Flame retardant）的特点包括：（1）高阻燃性、无熔滴滴落行为，对长时间或重复暴露在火焰中有极好的抵抗性；（2）不含卤素和氧化锑；（3）低烟、无毒、无腐蚀性气体产生等优点。因此IFR基本上克服了传统阻燃技术中存在的缺点，被誉为阻燃技术的一次革命。
国内外对IFR的研究很活跃，并对其阻燃体系和机理研究取得了较大的进展。Camino等人对聚磷酸胺/季戊四醇体系中产生的模拟中间体季戊四醇酯的酯化、炭化及膨胀机理进行了深入的研究，认为炭层是由于磷酸酷类裂解或水解产生的不饱和碳结构在较高温度下交联炭化反应而形成的。Costa 研究了焦磷酸二胺一季戊四醇体系阻燃聚丙烯的燃烧机理，其结果表明膨胀层的形成是由于酸类物质的热解，但膨胀层中不含有C-P结构，仅是碳骨架在支撑成膨胀层中磷类物质。Marchal对EVA/PY/PER系统的研究表明，形成的膨胀炭层有效地限制了燃烧过程中温度的上升，其热释放的最大速率比无阻燃样品低四倍。Bakar等用膨胀型阻燃剂处理木塑复合材料，阻燃效果较好，但是材料的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度都有所降低。
邵博等以聚磷酸胺（APP）对木粉/高密度聚乙烯（HDPE）复合材料进行阻燃处理，研究表明，APP添加量达到15%时，表现出显著的阻燃效果，但会对复合材料的冲击性能有明显的不利影响，不过这样处理能改善复合材料的刚性。李珊珊等研究了聚磷酸铵（APP）与季戊四醇（PER）复配对聚乙烯基木塑复合材料阻燃性能的影响，APP对木塑复合材料的阻燃具有明显的协效作用，而PER的协效作用不明显。南京聚锋新材料有限公司用膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯基木塑复合材料，氧指数达到了25 %～36 %，大大拓展了木塑复合材料的应用范围。
2.4 纳米粒子阻燃剂
对于改性的层状硅酸盐（有机黏土）或被分散到聚合物基体中的碳纳米管，当颗粒尺寸在纳米级或者几十个纳米时，统称为纳米填料，其可以克服传统阻燃剂添加量大的问题。
Jeffrey M Cogen将含蒙脱土或天然硅酸鈉的层状纳米硅酸盐、氢氧化镁或氢氧化铝、碳酸钙等加入到聚烯烃中，采用挤出、注塑等普通加工工艺技术，制备了在UL-94测试中可达V-0级别的阻燃纳米复合材料。刘芳等使用未改性的蒙脱土和含极性基团的乙烯基单体，在复合材料加工条件下发生原位反应，形成具有插层结构的聚烯烃/蒙脱土纳米非卤阻燃材料，蒙脱土插层结构的阻隔效应及纳米效应，既对现有聚烯烃非卤阻燃材料的阻燃性能有增效作用，又对现有聚烯烃非卤阻燃材料的力学性能和加工性能的损失有补偿的作用，有效克服了现有聚合物/蒙脱土纳米复合材料制备时必须使用经有机插层剂改性过的有机蒙脱土，及添加非卤阻燃剂制备聚烯烃非卤阻燃剂会损害聚烯烃力学性能和加工性能的缺点。
3 结语
随着木塑复合材料应用范围不断拓宽，人们对材料阻燃性能的要求不仅越来越高，而且越来越全面，阻燃效率高、低烟、低毒、环境友好，同时具有防腐、防虫、耐酸碱等功能。提高木塑复合材料的阻燃性能并实现工业化生产是现在亟待解决的问题，继续寻求低毒高效且具有防腐防虫等多功能的“一剂多效”型复合阻燃剂将成为木塑复合材料阻燃剂的主要发展方向。
参考文献
[1]秦特夫，吴玉章，黄洛华.木塑复合材料燃烧性能的研究[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2011，35（1）.
关键词：木塑复合材料；聚合物；阻燃
木塑复合材料（wood Plastics composites，简称WPC）是一种新型的绿色环保复合材料，该材料综合了木材和塑料两者的优点，并且木塑复合材料大多采用木材加工剩余物（木屑、刨花等）和废旧塑料为原料生产，综合性能突出而且经济效益显著，因此此材料一经问世，就获得了广泛的关注。
1 木塑复合材料的阻燃性研究
木塑复合材料若不经阻燃处理，将不能达到建筑内部装修设计防火规范的要求，相关研究表明木塑复合材料的燃烧性能优于塑料，但是却比木材差。
1.1 木材与聚合物的燃烧特性
木材在外部热源作用下，温度逐渐升高，当达到分解温度是会产生一氧化碳、甲醛、乙烷、乙烯、醛、酮等可燃性气体。一般文献上把260℃作为木材热力学上不稳定温度，木材不仅易燃，而且燃烧时放出大量的热，平均为18KJ/kg。
聚合物的燃烧是一个非常激烈复杂的热氧化反应。燃烧的一般过程是在外界热源的不断加热下，聚合物先与空气中的氧发生自由基链式降解反应，产生挥发性可燃物，该物达到一定浓度和温度时就会着火燃烧起来，燃烧所放出的一部分热量供给正在降解的聚合物，进一步加剧其降解，产生更多的可燃性气体，火焰在很短的时间内就会迅速蔓延而造成大火。
1.2 木塑复合材料的燃烧特性
Mueller等使用量热仪研究木材、塑料以及木塑复合材料燃烧过程中的热释放速率，实验结果表明木材的热释放速率最低，塑料最高，木塑复合材料的热释放速率介于二者之间；但是木塑复合材料的引燃时间却低于塑料。秦特夫[1]等利用锥形量热仪等评价方法，从引燃时间、释热、质量损失和发烟等方面对WPC以及阻燃WPC的燃烧性能进行了研究，结果表明WPC的引燃时间、燃烧释热高于人工林产木，低于聚丙烯（PP）。总体来看，木塑复合材料燃烧的过程十分复杂，可能涉及木材燃烧和塑料燃烧以及二者的相互作用问题。。
2阻燃木塑复合材料的研究进展
木塑复合材料的阻燃涉及到对木材组分阻燃和对聚合物的阻燃，常采用的阻燃材料为无机阻燃剂、含卤阻燃剂和含磷阻燃剂等。
2.1 无机阻燃剂
无机阻燃剂主要是以单质或化合物的形式存在，常见的无机聚丙烯阻燃剂为Al（OH）3和Mg（OH）2。
García等研究发现采用Al（OH）3阻燃剂，可以有效地提高木塑复合材料的阻燃性能，但由于阻燃剂的加入使复合材料混合不均匀，材料内部出现小气孔，导致材料容易褪色。为了探究协效剂是否可以部分替代Al（OH）3或Mg（OH）2，研究人员进行了大量实验，如Sain等用Mg（OH）2阻燃PP基木塑复合材料。研究表明，Mg（OH）2添加量达50%时，复合材料阻燃效果明显，5 %的硼酸或硼酸锌替代Mg（OH）2材料的阻燃效率降低，即硼酸锌或硼酸与Mg（OH）2一起使用时无协同效应。所以开发有效的阻燃增效剂对Al（OH）3和Mg（OH）2来说也是无卤阻燃技术的重要方向之一。
无机磷系阻燃剂主要有红磷、磷酸盐以聚磷酸盐等。红磷是一种比较有效的阻燃剂，具有高活性、热稳定好、不产生腐蚀性气体、耐久性好等特点。但也存在与树脂相容性差、易氧化、长期与空气接触会释放有毒气体、粉尘易爆炸等缺点。目前将无机红磷应用于木塑复合材料阻燃的研究比较少。王清文用焦磷酸三聚氰胺盐或聚磷酸三聚氰胺盐制备阻燃木塑复合材料，该材料烟雾小，力学性能和阻燃性能好，适于成型加工温度要求较高的木塑复合材料。湖州美典新材料公司利用无机红磷为阻燃剂，制备了高性能的阻燃型木塑复合材料，该材料通过相关的阻燃测试，进而取得了上海世博会中国馆5000多平方米的场地铺设权。
2.2 卤系阻燃剂
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大、应用最广泛的阻燃剂，其反应机理相同，即在燃烧过程的气相中干扰自由基链反应。具有阻燃效率高、适用范围广、价格适中、对阻燃性能影响小、使用方便等优点，但卤系阻燃剂的主要缺点是降低了基材的抗紫外线稳定性，燃烧时生成的烟雾较多，并产生腐蚀性气体和有毒气体，产生二次污染。
目前多采用有机溴化物与三氧化锑复配对PE进行阻燃。Carty和White研究了三氧化二锑（Sn2O3）对高分子聚合物的阻燃性能和热稳定性能的影响，发现卤-锑之间存在显著的协同效应，卤化物和锑在材料燃烧时能在一个较宽的温度范围能生产Sn2X3，能有效的捕捉材料燃烧时产生的自由基。Camino和Costa研究报道了溴-锑协同作用的机理，他们认为溴系阻燃剂阻燃效率高，热稳定性好，添加量少，是卤系阻燃剂中最重要和最有效的一类，但阻燃后的材料在燃烧时会产生大量的烟雾、有毒且具腐蚀性的卤化氢气体。目前，国内外研制的含溴阻燃剂已达80余种，由于这类阻燃剂会造成环境污染，欧盟已禁止使用一些含溴化合物。
2.3 膨胀系阻燃剂
膨胀型阻燃剂 IFR（Intumescent Flame retardant）的特点包括：（1）高阻燃性、无熔滴滴落行为，对长时间或重复暴露在火焰中有极好的抵抗性；（2）不含卤素和氧化锑；（3）低烟、无毒、无腐蚀性气体产生等优点。因此IFR基本上克服了传统阻燃技术中存在的缺点，被誉为阻燃技术的一次革命。
国内外对IFR的研究很活跃，并对其阻燃体系和机理研究取得了较大的进展。Camino等人对聚磷酸胺/季戊四醇体系中产生的模拟中间体季戊四醇酯的酯化、炭化及膨胀机理进行了深入的研究，认为炭层是由于磷酸酷类裂解或水解产生的不饱和碳结构在较高温度下交联炭化反应而形成的。Costa 研究了焦磷酸二胺一季戊四醇体系阻燃聚丙烯的燃烧机理，其结果表明膨胀层的形成是由于酸类物质的热解，但膨胀层中不含有C-P结构，仅是碳骨架在支撑成膨胀层中磷类物质。Marchal对EVA/PY/PER系统的研究表明，形成的膨胀炭层有效地限制了燃烧过程中温度的上升，其热释放的最大速率比无阻燃样品低四倍。Bakar等用膨胀型阻燃剂处理木塑复合材料，阻燃效果较好，但是材料的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度都有所降低。
邵博等以聚磷酸胺（APP）对木粉/高密度聚乙烯（HDPE）复合材料进行阻燃处理，研究表明，APP添加量达到15%时，表现出显著的阻燃效果，但会对复合材料的冲击性能有明显的不利影响，不过这样处理能改善复合材料的刚性。李珊珊等研究了聚磷酸铵（APP）与季戊四醇（PER）复配对聚乙烯基木塑复合材料阻燃性能的影响，APP对木塑复合材料的阻燃具有明显的协效作用，而PER的协效作用不明显。南京聚锋新材料有限公司用膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯基木塑复合材料，氧指数达到了25 %～36 %，大大拓展了木塑复合材料的应用范围。
2.4 纳米粒子阻燃剂
对于改性的层状硅酸盐（有机黏土）或被分散到聚合物基体中的碳纳米管，当颗粒尺寸在纳米级或者几十个纳米时，统称为纳米填料，其可以克服传统阻燃剂添加量大的问题。
Jeffrey M Cogen将含蒙脱土或天然硅酸鈉的层状纳米硅酸盐、氢氧化镁或氢氧化铝、碳酸钙等加入到聚烯烃中，采用挤出、注塑等普通加工工艺技术，制备了在UL-94测试中可达V-0级别的阻燃纳米复合材料。刘芳等使用未改性的蒙脱土和含极性基团的乙烯基单体，在复合材料加工条件下发生原位反应，形成具有插层结构的聚烯烃/蒙脱土纳米非卤阻燃材料，蒙脱土插层结构的阻隔效应及纳米效应，既对现有聚烯烃非卤阻燃材料的阻燃性能有增效作用，又对现有聚烯烃非卤阻燃材料的力学性能和加工性能的损失有补偿的作用，有效克服了现有聚合物/蒙脱土纳米复合材料制备时必须使用经有机插层剂改性过的有机蒙脱土，及添加非卤阻燃剂制备聚烯烃非卤阻燃剂会损害聚烯烃力学性能和加工性能的缺点。
3 结语
随着木塑复合材料应用范围不断拓宽，人们对材料阻燃性能的要求不仅越来越高，而且越来越全面，阻燃效率高、低烟、低毒、环境友好，同时具有防腐、防虫、耐酸碱等功能。提高木塑复合材料的阻燃性能并实现工业化生产是现在亟待解决的问题，继续寻求低毒高效且具有防腐防虫等多功能的“一剂多效”型复合阻燃剂将成为木塑复合材料阻燃剂的主要发展方向。
参考文献
[1]秦特夫，吴玉章，黄洛华.木塑复合材料燃烧性能的研究[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2011，35（1）.