[发明专利]一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种PVC木塑复合材料的阻燃抑烟剂及其制备方法和应用，尤其适合于木 质纤维含量在30％～70％的PVC木塑复合材料的阻燃和抑烟。

背景技术

木塑复合材料是以木质纤维材料(如木材、竹材、农作物秸秆和加工剩余物等木质化 的纤维材料，其主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素)和塑料(如聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯、聚氯乙烯等热塑性高聚物)为原料制造的复合材料。PVC木塑复合材料是其 主要品种之一。PVC木塑复合材料由于其良好的加工性能、机械性能和价格优势，尤其 是优异的木质感，应用领域不断扩大。PVC树脂本身属于不燃性材料，但是在PVC木塑 复合材料中由于使用大量的木质纤维填料，使材料燃烧时氧指数明显下降。同时，由于 PVC树脂燃烧时产生大量黑烟和有毒气体，火灾发生时对人员造成了很大危害，因此， 作为装饰材料，特别是室内装饰材料均要求材料具有一定的阻燃抑烟性，以降低发生火灾 的危险性。抑制材料燃烧，提高其阻燃性的常用方法是向材料中添加阻燃剂。

一些卤代阻燃剂如有机溴的化合物常被用作提高聚合物的阻燃性能，但是由于其燃烧 的不充分，通常增加了烟及一氧化碳的生成速率，而烟尘和毒性气体是火灾中造成人身伤 亡的重要原因。

对于纯PVC的阻燃抑烟，认为使用金属氧化物的效果较好。最早曾大量使用三氧化 锑作为阻燃剂，它虽然有良好的阻燃作用，但是在燃烧过程中产生大量的烟。其他的一些 金属氧化物，如锌系、铁系、铜系和钼系的一些金属氧化物，它们能不同程度的改变PVC 降解的方式，促进碳骨架的交联，提高成炭量，由于金属化合物的价格较高，限制了它的 大量使用。

以氢氧化镁和氢氧化铝为代表的无机氢氧化物阻燃剂，有两方面问题限制了它们作为 阻燃剂在PVC木塑复合材料中的应用。一是氢氧化铝的分解温度相对较低，二是为了获 得足够的阻燃性能，通常添加量高达40％～60％，填充量大必然导致树脂混炼和成型时物 料的流动性差，影响材料的加工性能和机械性能。氢氧化镁虽然是材料的高效消烟填料， 其分解温度在340℃～490℃，对聚合物的炭化阻燃作用优于氢氧化铝，但是同样需要较大 的填充量。同时，氢氧化镁的耐酸性差，在酸中会很快溶解，也容易受乳酸影响而使制品 表面留下指纹。因此，这种类型阻燃剂的高含量添加不仅导致最终产品的高密度和弹性性 能的缺失，而且会带来混合、挤出方面的问题，尤其是大大限制了木质纤维材料的用量。

硼酸锌被认为是一种理想的阻燃抑烟剂。将硼酸锌加入到木粉/PVC复合材料中，锥 型量热仪实验测试表明，硼酸锌对于减少材料的质量损失起到很重要的作用，同时有较好 的阻燃抑烟作用，但它的加入降低了材料的弹性模量和断裂模量，增加了吸湿性。

一些卤代阻燃剂，如有机溴的化合物、氯化聚乙烯常被用作提高聚合物的阻燃性能， 但是由于其燃烧的不充分而通常增加了烟及一氧化碳的生成速率，而烟尘和毒性气体是火 灾中造成人身伤亡的重要原因。

纳米阻燃抑烟剂多是氧化物(CuO、ZnO、Fe₂O₃等)和复合氧化物，其制备的方法多 采用制备纳米粒子的液相法，用插层(阳离子交换)法制备纳米前驱体也是当今较常用的一 种方法。纳米型阻燃抑烟剂克服了传统阻燃抑烟剂添加量大、阻燃抑烟效果不明显的缺点, 但该方法技术复杂，成本较高。

纳米粘土粒子在木塑复合材料中的添加有助于提高其力学强度，同时复合材料的阻燃 性能也有一定改善，但这种方法的成本高，复合材料的阻燃性能难以满足实际需要，因而 其实际应用受到严重制约。