裝飾用木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料阻燃抑煙的研究

劉建中 李影 張洋 劉濤

(廣州金發(fā)綠可木塑科技有限公司，塑料改性與加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州，510520)

裝飾用木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料阻燃抑煙的研究

劉建中 李影 張洋 劉濤

(廣州金發(fā)綠可木塑科技有限公司，塑料改性與加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州，510520)

研究了八鉬酸銨以及八鉬酸銨與其他阻燃劑復(fù)合對木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料阻燃抑煙性能的影響。結(jié)果表明：單獨(dú)添加八鉬酸銨、或者八鉬酸銨與其他阻燃劑復(fù)合，都可以提高木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料的阻燃性能；其中添加了水滑石和氫氧化鎂復(fù)合體系明顯降低了熱釋放速率和煙釋放速率，熱釋放速率降低了27%，煙釋放速率降低了60%，顯示出更好的抑煙效果。通過煙密度測試驗(yàn)證了1#配方復(fù)合體系的抑煙性能，煙密度等級由87降到68。

聚氯乙烯 木粉 阻燃 抑煙 復(fù)合材料

木塑復(fù)合材料使用范圍廣泛，涉及原木、塑料、塑鋼、鋁合金等其他建筑材料的應(yīng)用領(lǐng)域，因其低碳環(huán)保，成本經(jīng)濟(jì)，并可以回收再利用的特性，也解決了高分子材料、木材行業(yè)廢棄資源的再生利用問題。

木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料因其突出的室內(nèi)裝飾性能，而被廣泛用在室內(nèi)墻體、天花吊頂、公共空間等部位。但作為室內(nèi)裝飾要避免采用在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量濃煙或有毒氣體的材料，而聚氯乙烯這類樹脂在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的黑煙和有毒、有害氣體，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙氣可能會(huì)令人窒息而死[1]。對聚氯乙烯進(jìn)行阻燃抑煙改性的研究因此受到重視，且已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道[2-3]，但對于木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料阻燃和抑煙性能的研究較少[4]。下面從木塑復(fù)合材料抑煙效果這一角度出發(fā)，旨在開發(fā)出具有抑煙效果的木粉/聚氯乙烯木塑阻燃材料。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器設(shè)備

木粉，粒徑為150～180 μm，偉華香料廠；聚氯乙烯粉，TG-800，東曹(廣州)化工有限公司；復(fù)合鈣鋅穩(wěn)定劑，MT-730，中山市華明泰化工材料科技有限公司；抗沖擊改性劑，CPE-135A，濰坊亞星化學(xué)股份有限公司；PE蠟，A-C 617A氧化聚乙烯蠟，上海和氏璧化工有限公司；碳酸鈣，5.5 μm，東南新材料股份有限公司；氫氧化鋁，19 μm，OL-104LEO ,美國雅寶公司； 氫氧化鎂，19 μm，JLH-QD2,深圳市錦昊輝礦業(yè)發(fā)展有限公司；硼酸鋅，411，濟(jì)南泰星精細(xì)化工有限公司。

錐形量熱儀,DUAL CONE,英國PL公司；煙密度測試儀，JCY-1型,江寧縣分析儀器廠；造粒機(jī),CY-120P,臺(tái)灣僑威機(jī)械股份有限公司；單螺桿擠出機(jī), SJ-50/25,武漢誠信塑料機(jī)械制造有限公司。

1.2 試樣制備

在100份聚氯乙烯樹脂中添加80份木粉，3份復(fù)合鈣鋅穩(wěn)定劑，5份抗沖擊改性劑，1份潤滑劑(PE蠟和A-C 617A氧化聚乙烯蠟)，共同組成標(biāo)準(zhǔn)配方，記為0# 配方；在0# 配方基礎(chǔ)上，分別添加10份八鉬酸銨、30份氫氧化鎂、30份水滑石，記為1#配方；在0# 配方基礎(chǔ)上，分別添加10份八鉬酸銨、30份水滑石、30份硼酸鋅，記為2#配方；在0# 配方基礎(chǔ)上，只添加10份八鉬酸銨，記為3#配方；在0# 配方基礎(chǔ)上，分別添加10份八鉬酸銨、30份氫氧化鎂、30份硼酸鋅，記為4#配方。

根據(jù)配方設(shè)計(jì)，取出充分干燥的木粉，先將PVC粉加入高速混合機(jī)，在50 ℃以上加入穩(wěn)定劑和潤滑劑，在60 ℃以上加入經(jīng)過烘干的木粉及碳酸鈣等，待達(dá)到100 ℃以上，將原材料放入冷卻混合料機(jī)內(nèi)，冷卻至45 ℃放料，經(jīng)過單螺桿擠出造粒備用。將粒料烘干后加入單螺桿擠出機(jī)擠出片材。將其切割成試驗(yàn)要求100 mm×100 mm×6 mm以及25 mm×25 mm×6 mm的片材。

1.3 性能測試

按照ISO5660標(biāo)準(zhǔn)錐形量熱法進(jìn)行試驗(yàn)。采用50 kW/m2的熱輻照功率對樣品進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)樣品進(jìn)行2～3次平行試驗(yàn)。樣品尺寸為100 mm×100 mm×6 mm。

按照GB/T 8627—2007測試樣品的煙密度值，樣品尺寸為25 mm×25 mm×6 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合材料錐形量熱儀的結(jié)果分析

表1是木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料添加鉬化合物、氫氧化鎂、水滑石、硼酸鋅后材料的錐形量熱儀測試結(jié)果，在輻射功率50 kW下燃燒600 s。

從表1可以看出，0#配方木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料在整個(gè)燃燒過程中的熱釋放速率峰值為101.40 kW/m2，總釋煙量為1 272 m2/m2；在質(zhì)量方面，0#配方木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料原始質(zhì)量為105 g，燃燒后的成炭率計(jì)算只有18%，80%左右的物質(zhì)都在燃燒中損失，燃燒后殘余率排序?yàn)?#<3#<4#<2#<0#。另外，經(jīng)過阻燃處理后，復(fù)合材料的點(diǎn)燃時(shí)間均推遲。

圖1和圖2是添加了不同阻燃配方后木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料的熱釋放速率峰值和總熱釋放量與時(shí)間的關(guān)系。

從圖1和圖2可以看出，1#和3#配方，在燃燒初期，熱釋放速率峰值的變化均出現(xiàn)較緩慢的增長，配方中因添加了八鉬酸銨，復(fù)合材料燃燒時(shí)的熱釋放速率峰值降低；而添加水滑石和氫氧化鎂阻燃劑的1#配方，熱釋放速率峰值出現(xiàn)的時(shí)間較晚。1#，3#配方與0#配方相比，熱釋放速率峰值和總熱釋放量分別下降了27%和42%，34%和26%，表現(xiàn)出很好的阻燃效果。

在使用2#，4#配方時(shí)，熱釋放峰呈現(xiàn)十分明顯的雙峰,第1個(gè)峰被認(rèn)為是燃燒時(shí)木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料炭化形成炭層，減弱了熱量向材料內(nèi)層的傳遞，以及阻隔了一部分揮發(fā)物進(jìn)入燃燒區(qū)的結(jié)果。然而到第2個(gè)峰突然增加，被認(rèn)為是形成的不完全炭層發(fā)生了再燃燒。

圖3和圖4分別是木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料總釋煙量與煙釋放量隨時(shí)間的關(guān)系。

從圖3和圖4明顯看到，0#配方燃燒時(shí)間持續(xù)較長，且總釋煙量及煙釋放量都比較高，而1#，2#，3#，4#在添加八鉬酸銨后，總釋煙量都有不同程度下降，均下降50%以上。說明八鉬酸銨對復(fù)合材料起到阻燃和抑煙的雙重作用。同時(shí)添加了水滑石及氫氧化鎂對復(fù)合材料的抑煙也產(chǎn)生了積極作用。

2.2 復(fù)合材料煙密度測試箱的結(jié)果分析

將阻燃配方試樣與標(biāo)準(zhǔn)配方試樣(未添加阻燃劑)進(jìn)行對照，測試結(jié)果見圖5和表2。

從圖5可以看出，0#配方煙產(chǎn)量很大且生煙速率極快，而金屬化合物的加入在減少煙產(chǎn)量的同時(shí)，也有效地降低了煙的生成速率，表現(xiàn)出明顯的抑煙效果。其中1#配方的抑煙效果最佳，3#配方次之。即3種抑煙劑表現(xiàn)出協(xié)同抑煙的效果。

表2是木粉/聚氯乙烯木塑復(fù)合材料煙密度。

從表2可以看出，1#配方具有炭化促進(jìn)作用，較大幅度地降低了復(fù)合材料的煙密度，最大煙密度由99降到78，煙密度等級由87降到68，抑煙性能明顯提高。另外，試驗(yàn)過程中，加入抑煙劑八鉬酸銨，燃燒的煙霧由黑色微粒變成了細(xì)微的白煙。

3 結(jié)論

a) 鉬化合物與氫氧化鎂、水滑石復(fù)配體系的的加入延遲了點(diǎn)燃時(shí)間，能夠有效地牢固炭層，復(fù)合材料燃燒時(shí)的熱釋放速率峰值和總釋煙量降低。

b) 鉬化合物與氫氧化鎂、水滑石復(fù)配體系的最大煙密度由99降到78，煙密度等級由87降到68,抑煙性能明顯提高。

[1] 劉伯賢, 劉伽. 高分子裝飾材料的阻燃及抑煙技術(shù)[J]. 新型建筑材料,2005,8:29-31.

[2] 趙倩,谷曉昱,王華進(jìn),等. 聚氯乙烯 (PVC) 的阻燃與抑煙研究進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào), 2013 (4): 193-198.

[3] 歐育湘, 趙毅, 鐘柳. 聚氯乙烯的抑煙[J]. 合成樹脂及塑料,2009,26(2):76-80.

[4] 韓振. PVC基木塑復(fù)合結(jié)皮發(fā)泡地板基材的研究[D].北京：東北林業(yè)大學(xué),2010.

Regain聚合物公司再獲250萬英鎊投資新設(shè)備

據(jù)“www. britishplastics .co. uk”報(bào)道，英國聚合物生產(chǎn)商Regain聚合物有限公司對外公布他們已經(jīng)從Chamonix Private Equity獲得250萬英鎊的設(shè)備投資。同時(shí)，位于Yorkshire的公司也獲得了1 000萬英鎊的債務(wù)融資，用以投資設(shè)備。

2011年Regain聚合物公司曾獲得過Chamonix的融資，建成1套擁有最新技術(shù)的裝置，籍此可以創(chuàng)新，從而開發(fā)出新的聚合物。 Regain聚合物有限公司這次獲得的新資金將用于1套50 kt/a的新裝置，并且于2014年早期已建成一新產(chǎn)品開發(fā)實(shí)驗(yàn)室。據(jù)說新實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可以為專門訂制產(chǎn)品的開發(fā)提供服務(wù)，從而滿足客戶的需求。

用于汽車內(nèi)飾件的低揮發(fā)長纖熱塑性復(fù)合材料

據(jù)“www. britishplastics .co. uk”報(bào)道，RTP公司已經(jīng)擴(kuò)大了超長纖維增強(qiáng)聚丙烯(PPVLF)的生產(chǎn)，包括一系列低揮發(fā)性的聚丙烯產(chǎn)品。

RTP公司稱，這種PPVLF產(chǎn)品令原始設(shè)備生產(chǎn)商(OEM)非常滿意。因?yàn)榻档土藷崴苄詮?fù)合材料中有機(jī)化合物的揮發(fā)水平，因此，更適合用于汽車內(nèi)飾件。國家法律及汽車OEMs均要求減少氣味、降低霧度及有機(jī)化合物的揮發(fā)，以提高改善空氣質(zhì)量及汽車內(nèi)飾件的安全性。

RTP公司提供的低揮發(fā)PPVLF復(fù)合材料可以用來設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)件，這種結(jié)構(gòu)件具有卓越的強(qiáng)度、硬度及尺寸穩(wěn)定性，可用來生產(chǎn)汽車內(nèi)飾件，如儀表鑲板、門構(gòu)件、頂板及中心控制臺(tái)、座椅等。

(以上由中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院

黃賦云供稿)

建筑產(chǎn)品用的覆蓋材料復(fù)合物

據(jù)“www.ptonline.com”報(bào)道，在美國俄亥俄州Cuyahoga Falls的Americhem公司的高性能新型覆蓋材料復(fù)合物生產(chǎn)線開車了，產(chǎn)出的新型覆蓋材料復(fù)合物主要用于覆蓋柵欄和其他建筑產(chǎn)品上，并易上色。該覆蓋材料復(fù)合物可高度定制。

該覆蓋材料復(fù)合物可與多種聚合物共混，如可與聚氯乙烯(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。覆蓋材料復(fù)合物可根據(jù)客戶需求的外觀和力學(xué)性能進(jìn)行定制。新型覆蓋材料復(fù)合物具有高耐候性、好的尺寸穩(wěn)定性和出色的耐用性。它們也具有好的耐沖擊性、耐劃傷性和擦傷性，對基材的附著力高，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偽技術(shù)

據(jù)“www.ptonline.com”報(bào)道， 德克薩斯州Irving塞拉尼斯公司給一級供應(yīng)商提供防偽技術(shù)，以降低在汽車零部件、消費(fèi)類產(chǎn)品、醫(yī)療器械、包裝和消費(fèi)電子用的工程材料潛被假冒的風(fēng)險(xiǎn)和收益的損失。

塞拉尼斯公司材料專家已經(jīng)開發(fā)出了各種可追溯技術(shù)，來幫助客戶避免因錯(cuò)過商機(jī)、品牌圖像損失和專利侵權(quán)的索賠無證據(jù)造成顯著損失。“市場出現(xiàn)了劣質(zhì)材料和假冒材料，使用這種技術(shù)在今天顯得特別重要”，塞拉尼斯公司全球運(yùn)輸總監(jiān)Stefan Kutta說?？捎玫姆纻渭夹g(shù)主要包括：基于獨(dú)特工程材料添加劑的確定分析；用紫外檢測技術(shù)對主要應(yīng)用于復(fù)雜醫(yī)療器械的材料加強(qiáng)質(zhì)量控制；要求塞拉尼斯公司工程材料有可見的印刷和激光打標(biāo)條碼，如激光打標(biāo)生產(chǎn)廠家、批號(hào)和原材/批次。還有其他的技術(shù)，如X射線檢測不可見的顏色編碼小顆粒微標(biāo)記，可通過顯微鏡(放大10倍)看到；用光學(xué)驗(yàn)證一種不可見的標(biāo)記或有“光學(xué)指紋”顏料/納米粒子。

(以上由中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院

嚴(yán)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。

劉建中，男，碩士，主要從事聚合物復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化研究。E-mail：liujianzhong@lesco.com.cn。