装饰用木粉/聚氯乙烯木塑复合材料阻燃抑烟的研究

刘建中 李影 张洋 刘涛

(广州金发绿可木塑科技有限公司，塑料改性与加工国家工程实验室，广东 广州，510520)

装饰用木粉/聚氯乙烯木塑复合材料阻燃抑烟的研究

刘建中 李影 张洋 刘涛

(广州金发绿可木塑科技有限公司，塑料改性与加工国家工程实验室，广东 广州，510520)

研究了八钼酸铵以及八钼酸铵与其他阻燃剂复合对木粉/聚氯乙烯木塑复合材料阻燃抑烟性能的影响。结果表明：单独添加八钼酸铵、或者八钼酸铵与其他阻燃剂复合，都可以提高木粉/聚氯乙烯木塑复合材料的阻燃性能；其中添加了水滑石和氢氧化镁复合体系明显降低了热释放速率和烟释放速率，热释放速率降低了27%，烟释放速率降低了60%，显示出更好的抑烟效果。通过烟密度测试验证了1#配方复合体系的抑烟性能，烟密度等级由87降到68。

聚氯乙烯 木粉 阻燃 抑烟 复合材料

木塑复合材料使用范围广泛，涉及原木、塑料、塑钢、铝合金等其他建筑材料的应用领域，因其低碳环保，成本经济，并可以回收再利用的特性，也解决了高分子材料、木材行业废弃资源的再生利用问题。

木粉/聚氯乙烯木塑复合材料因其突出的室内装饰性能，而被广泛用在室内墙体、天花吊顶、公共空间等部位。但作为室内装饰要避免采用在燃烧时产生大量浓烟或有毒气体的材料，而聚氯乙烯这类树脂在燃烧过程中会产生大量的黑烟和有毒、有害气体，发生火灾时，烟气可能会令人窒息而死[1]。对聚氯乙烯进行阻燃抑烟改性的研究因此受到重视，且已有较多的文献报道[2-3]，但对于木粉/聚氯乙烯木塑复合材料阻燃和抑烟性能的研究较少[4]。下面从木塑复合材料抑烟效果这一角度出发，旨在开发出具有抑烟效果的木粉/聚氯乙烯木塑阻燃材料。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

木粉，粒径为150～180 μm，伟华香料厂；聚氯乙烯粉，TG-800，东曹(广州)化工有限公司；复合钙锌稳定剂，MT-730，中山市华明泰化工材料科技有限公司；抗冲击改性剂，CPE-135A，潍坊亚星化学股份有限公司；PE蜡，A-C 617A氧化聚乙烯蜡，上海和氏璧化工有限公司；碳酸钙，5.5 μm，东南新材料股份有限公司；氢氧化铝，19 μm，OL-104LEO ,美国雅宝公司； 氢氧化镁，19 μm，JLH-QD2,深圳市锦昊辉矿业发展有限公司；硼酸锌，411，济南泰星精细化工有限公司。

锥形量热仪,DUAL CONE,英国PL公司；烟密度测试仪，JCY-1型,江宁县分析仪器厂；造粒机,CY-120P,台湾侨威机械股份有限公司；单螺杆挤出机, SJ-50/25,武汉诚信塑料机械制造有限公司。

1.2 试样制备

在100份聚氯乙烯树脂中添加80份木粉，3份复合钙锌稳定剂，5份抗冲击改性剂，1份润滑剂(PE蜡和A-C 617A氧化聚乙烯蜡)，共同组成标准配方，记为0# 配方；在0# 配方基础上，分别添加10份八钼酸铵、30份氢氧化镁、30份水滑石，记为1#配方；在0# 配方基础上，分别添加10份八钼酸铵、30份水滑石、30份硼酸锌，记为2#配方；在0# 配方基础上，只添加10份八钼酸铵，记为3#配方；在0# 配方基础上，分别添加10份八钼酸铵、30份氢氧化镁、30份硼酸锌，记为4#配方。

根据配方设计，取出充分干燥的木粉，先将PVC粉加入高速混合机，在50 ℃以上加入稳定剂和润滑剂，在60 ℃以上加入经过烘干的木粉及碳酸钙等，待达到100 ℃以上，将原材料放入冷却混合料机内，冷却至45 ℃放料，经过单螺杆挤出造粒备用。将粒料烘干后加入单螺杆挤出机挤出片材。将其切割成试验要求100 mm×100 mm×6 mm以及25 mm×25 mm×6 mm的片材。

1.3 性能测试

按照ISO5660标准锥形量热法进行试验。采用50 kW/m2的热辐照功率对样品进行试验。每个样品进行2～3次平行试验。样品尺寸为100 mm×100 mm×6 mm。

按照GB/T 8627—2007测试样品的烟密度值，样品尺寸为25 mm×25 mm×6 mm。

2 结果与讨论

2.1 复合材料锥形量热仪的结果分析

表1是木粉/聚氯乙烯木塑复合材料添加钼化合物、氢氧化镁、水滑石、硼酸锌后材料的锥形量热仪测试结果，在辐射功率50 kW下燃烧600 s。

从表1可以看出，0#配方木粉/聚氯乙烯木塑复合材料在整个燃烧过程中的热释放速率峰值为101.40 kW/m2，总释烟量为1 272 m2/m2；在质量方面，0#配方木粉/聚氯乙烯木塑复合材料原始质量为105 g，燃烧后的成炭率计算只有18%，80%左右的物质都在燃烧中损失，燃烧后残余率排序为1#<3#<4#<2#<0#。另外，经过阻燃处理后，复合材料的点燃时间均推迟。

图1和图2是添加了不同阻燃配方后木粉/聚氯乙烯木塑复合材料的热释放速率峰值和总热释放量与时间的关系。

从图1和图2可以看出，1#和3#配方，在燃烧初期，热释放速率峰值的变化均出现较缓慢的增长，配方中因添加了八钼酸铵，复合材料燃烧时的热释放速率峰值降低；而添加水滑石和氢氧化镁阻燃剂的1#配方，热释放速率峰值出现的时间较晚。1#，3#配方与0#配方相比，热释放速率峰值和总热释放量分别下降了27%和42%，34%和26%，表现出很好的阻燃效果。

在使用2#，4#配方时，热释放峰呈现十分明显的双峰,第1个峰被认为是燃烧时木粉/聚氯乙烯木塑复合材料炭化形成炭层，减弱了热量向材料内层的传递，以及阻隔了一部分挥发物进入燃烧区的结果。然而到第2个峰突然增加，被认为是形成的不完全炭层发生了再燃烧。

图3和图4分别是木粉/聚氯乙烯木塑复合材料总释烟量与烟释放量随时间的关系。

从图3和图4明显看到，0#配方燃烧时间持续较长，且总释烟量及烟释放量都比较高，而1#，2#，3#，4#在添加八钼酸铵后，总释烟量都有不同程度下降，均下降50%以上。说明八钼酸铵对复合材料起到阻燃和抑烟的双重作用。同时添加了水滑石及氢氧化镁对复合材料的抑烟也产生了积极作用。

2.2 复合材料烟密度测试箱的结果分析

将阻燃配方试样与标准配方试样(未添加阻燃剂)进行对照，测试结果见图5和表2。

从图5可以看出，0#配方烟产量很大且生烟速率极快，而金属化合物的加入在减少烟产量的同时，也有效地降低了烟的生成速率，表现出明显的抑烟效果。其中1#配方的抑烟效果最佳，3#配方次之。即3种抑烟剂表现出协同抑烟的效果。

表2是木粉/聚氯乙烯木塑复合材料烟密度。

从表2可以看出，1#配方具有炭化促进作用，较大幅度地降低了复合材料的烟密度，最大烟密度由99降到78，烟密度等级由87降到68，抑烟性能明显提高。另外，试验过程中，加入抑烟剂八钼酸铵，燃烧的烟雾由黑色微粒变成了细微的白烟。

3 结论

a) 钼化合物与氢氧化镁、水滑石复配体系的的加入延迟了点燃时间，能够有效地牢固炭层，复合材料燃烧时的热释放速率峰值和总释烟量降低。

b) 钼化合物与氢氧化镁、水滑石复配体系的最大烟密度由99降到78，烟密度等级由87降到68,抑烟性能明显提高。

[1] 刘伯贤, 刘伽. 高分子装饰材料的阻燃及抑烟技术[J]. 新型建筑材料,2005,8:29-31.

[2] 赵倩,谷晓昱,王华进,等. 聚氯乙烯 (PVC) 的阻燃与抑烟研究进展[J]. 高分子通报, 2013 (4): 193-198.

[3] 欧育湘, 赵毅, 钟柳. 聚氯乙烯的抑烟[J]. 合成树脂及塑料,2009,26(2):76-80.

[4] 韩振. PVC基木塑复合结皮发泡地板基材的研究[D].北京：东北林业大学,2010.

Regain聚合物公司再获250万英镑投资新设备

据“www. britishplastics .co. uk”报道，英国聚合物生产商Regain聚合物有限公司对外公布他们已经从Chamonix Private Equity获得250万英镑的设备投资。同时，位于Yorkshire的公司也获得了1 000万英镑的债务融资，用以投资设备。

2011年Regain聚合物公司曾获得过Chamonix的融资，建成1套拥有最新技术的装置，籍此可以创新，从而开发出新的聚合物。 Regain聚合物有限公司这次获得的新资金将用于1套50 kt/a的新装置，并且于2014年早期已建成一新产品开发实验室。据说新实验室设备可以为专门订制产品的开发提供服务，从而满足客户的需求。

用于汽车内饰件的低挥发长纤热塑性复合材料

据“www. britishplastics .co. uk”报道，RTP公司已经扩大了超长纤维增强聚丙烯(PPVLF)的生产，包括一系列低挥发性的聚丙烯产品。

RTP公司称，这种PPVLF产品令原始设备生产商(OEM)非常满意。因为降低了热塑性复合材料中有机化合物的挥发水平，因此，更适合用于汽车内饰件。国家法律及汽车OEMs均要求减少气味、降低雾度及有机化合物的挥发，以提高改善空气质量及汽车内饰件的安全性。

RTP公司提供的低挥发PPVLF复合材料可以用来设计成结构件，这种结构件具有卓越的强度、硬度及尺寸稳定性，可用来生产汽车内饰件，如仪表镶板、门构件、顶板及中心控制台、座椅等。

(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

黄赋云供稿)

建筑产品用的覆盖材料复合物

据“www.ptonline.com”报道，在美国俄亥俄州Cuyahoga Falls的Americhem公司的高性能新型覆盖材料复合物生产线开车了，产出的新型覆盖材料复合物主要用于覆盖栅栏和其他建筑产品上，并易上色。该覆盖材料复合物可高度定制。

该覆盖材料复合物可与多种聚合物共混，如可与聚氯乙烯(PVC)，ASA(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和高密度聚乙烯(HDPE)共混。覆盖材料复合物可根据客户需求的外观和力学性能进行定制。新型覆盖材料复合物具有高耐候性、好的尺寸稳定性和出色的耐用性。它们也具有好的耐冲击性、耐划伤性和擦伤性，对基材的附着力高，有防潮美白的性能，并有一定的阻燃性。

塞拉尼斯公司用于工程材料的防伪技术

据“www.ptonline.com”报道， 德克萨斯州Irving塞拉尼斯公司给一级供应商提供防伪技术，以降低在汽车零部件、消费类产品、医疗器械、包装和消费电子用的工程材料潜被假冒的风险和收益的损失。

塞拉尼斯公司材料专家已经开发出了各种可追溯技术，来帮助客户避免因错过商机、品牌图像损失和专利侵权的索赔无证据造成显著损失。“市场出现了劣质材料和假冒材料，使用这种技术在今天显得特别重要”，塞拉尼斯公司全球运输总监Stefan Kutta说。可用的防伪技术主要包括：基于独特工程材料添加剂的确定分析；用紫外检测技术对主要应用于复杂医疗器械的材料加强质量控制；要求塞拉尼斯公司工程材料有可见的印刷和激光打标条码，如激光打标生产厂家、批号和原材/批次。还有其他的技术，如X射线检测不可见的颜色编码小颗粒微标记，可通过显微镜(放大10倍)看到；用光学验证一种不可见的标记或有“光学指纹”颜料/纳米粒子。

(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

严淑芬供稿)

Study on the Flame-Retardance and Smoke Suppression Properties of Decorative Wood Flour/PVC Wood-Plastic Composites

Liu Jianzhong Li Ying Zhang Yang Liu Tao

(Guangzhou LESCO-KINGFA WPC Technology Co. Ltd，National Engineering Laboratory for Plastic Modification and Processing，Guangzhou, Guangdong，510520)

The influences of ammoniummolybdat(AOM) and AOM together with other flame retardants on flame-retardance and smoke suppression properties of wood flour/ PVC composites were investigated. The results show that when adding AOM alone or blended AOM with other flame retardants, they can improve the flame-retardance of wood flour/PVC composites. Hydrotalcite and magnesium hydroxide composite system can significantly reduce the heat release rate and smoke release rate,which respectively decrease 27% and 60%, so the composite has a better smoke suppression. Using the smoke density test to verify the smoke suppression performance of the composite system, smoke density rating of 1# formula decreases from 87 to 68.

polyvinylchloride; wood flour; flame retardant; smoke suppression; composites

2014-02-27;修改稿收到日期:2014-08-03。

刘建中，男，硕士，主要从事聚合物复合材料的产业化研究。E-mail：liujianzhong@lesco.com.cn。