PLA/木质素/APP复合材料的燃烧性能
摘要：将木质素和聚磷酸铵（APP）复配用于制备阻燃聚乳酸基复合材料（PLA），研究木质素和聚磷酸铵的配比对燃烧性能的影响。借助极限氧指数仪、锥形量热仪、热失重分析仪分别对 Lig-APP-PLA 阻燃复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧行为进行了研究，结果发现,APP添加量达到20份时,极限氧指数提高了33％,成炭率提高了330％,而且达到UL 94 V-0级,表现出显著的阻燃作用;APP的加入降低了复合材料的冲击性能,但能改善其刚性,对弯曲强度和密度影响不大;此外APP的添加还改变了复合材料的热降解行为,使其分解温度提前,稳定了PLA基体;材料燃烧后膨胀成多孔炭层,起到了隔热和阻氧的作用。将木质素进行改性提高其燃烧性能，用二苯氧基磷酰氯来改性木质素，使木质素带有P基团来增加其燃烧性能。借助极限氧指数仪、锥形量热仪、热失重分析仪分别对 Lig-P 阻燃复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧行为进行研究。
关键词：阻燃聚乳酸；复合材料；热降解行为；燃烧性能；热稳定性；改性木质素
一、文献综述
随着石油资源的日益枯竭及石油基衍生物对环境污染的日渐严重，生物基高分子材料受到极大关注。聚乳酸（PLA）作为一种可再生的脂肪族聚酯，具有较好的生物相容性、力学性能及加工性能，已被广泛应用于电子、电器、建筑、汽车等领域[1-3]。在众多的环境友好型聚合物中，PLA因其物料来源可靠、生物可降解等特性，以及卓越的加工性能、热稳定性以及力学性能在电子电器、家装、包装等诸多领域具有显著的应用前景。聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性，而且，良好的机械性能和物理性能使其能满足多种成型加工的要求，应用潜力很大［4-5］。然而，PLA易燃，极限氧指数（LOI）仅为 21%，且燃烧时熔滴现象严重，大大限制了其实际应用领域[6-7]。因此，有必要对PLA进行阻燃改性，以拓展其应用范围。
目前，对于PLA的阻燃改性主要通过添加型阻燃和本质型阻燃两种策略。添加型阻燃主要通过熔融共混、双螺杆挤出等手段将添加型阻燃剂加入到PLA中，制成阻燃PLA复合材料。该方法具有制备简单，见效快，产品成本低等一系列优点。目前常用与PLA的阻燃剂主要有聚磷酸铵、次磷酸铝、膨胀石墨、金属氢氧化物、磷腈化合物等，特别是以聚磷酸铵为代表的膨胀型阻燃剂，因其低烟无卤，阻燃效率高等特点备受学术界和企业界关注。
膨胀型阻燃剂（IFR）主要成分包括炭源（即成炭剂，如季戊四醇等富碳多羟基化合物）、酸源（如磷酸、磷酸铵盐磷酸酯等）和气源（如三聚氰胺、聚磷酸铵等）[8-9]，因其高效、环境友好，受到了人们的青睐。传统的成炭剂存在易吸湿、易迁移、与聚合物基体相容性差等问题，会导致高分子材料的主要性能恶化。改变传统膨胀型阻燃体系，可以得到适用于PLA的新型膨胀型阻燃体系[10]。Reti等[11]分别用淀粉和木质素代替传统成炭剂季戊四醇，与聚磷酸铵（APP）复配用于阻燃PLA，木质素添加进去，会在材料燃烧的时候产生一个碳层，有效地隔绝了氧气，使火焰熄灭。结果发现淀粉或木质素作为成炭剂，当IFR添加量为40wt%时，PLA的UL-94通过V0级别。
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