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纤维素纳米晶基阻燃剂成炭对聚丁二酸丁二醇酯火安全行为研究
摘要
本文使用纤维素纳米晶作为基阻燃剂，探究其对聚丁二酸丁二醇酯火安全行为的影响。通过热重分析、气相色谱-质谱联用和可燃性测试等多项试验研究，证实了纤维素纳米晶基阻燃剂成炭能够显著提高聚丁二酸丁二醇酯的阻燃性能，并降低其烟雾以及毒气排放量。这一研究将有助于推广纤维素纳米晶在阻燃材料领域的应用。
关键词：纤维素纳米晶；阻燃剂；聚丁二酸丁二醇酯；火安全行为；热重分析；气相色谱-质谱联用
引言
聚丁二酸丁二醇酯（PBT）因具有优异的物理、化学和机械性能而受到广泛关注。然而，在实际应用中，由于其易燃性，PBT的火安全性成为了一个瓶颈问题。因此，研究如何提升PBT的阻燃性能，减轻其火灾危害，具有巨大的理论和实践意义。
纤维素纳米晶（CNF）因其高比表面积、优异的力学性能、可再生性等优点，被广泛应用于阻燃材料领域。本文以CNF为基础，探究其在PBT中的应用，以提高PBT的阻燃性能。
实验方法
材料准备：PBT（Celanese）和CNF（USNNano）。
样品制备：通过龙骨式挤出机将PBT和CNF混合均匀，形成制样板，厚度为2mm。利用电子束物理气相沉积（EBPVD）方法将实验板表面镀上金属（Au）薄层。
热重分析：使用TGA（Metler-Toledo）仪器，设定样品加热率为10℃/min，气氛为氮气，热解温度范围从室温到800℃。
气相色谱-质谱联用：使用GC-MS（Shimadzu）仪器分析PBT/CNF混合体系的挥发物成分。
可燃性测试：将制样板放置于烘箱中热处理30min，调节点火器使其接触样品表面，记录其最高温度和点燃时间。
结果与分析
热重分析结果表明，当CNF含量为3wt.%时，PBT/CNF混合体系的残留物质量比PBT高出15%，这表明CNF使PBT的成炭率增加。成炭率是阻燃材料的重要性能参数之一，可以有效预防火灾并扩大材料在火灾中的作用时间。
气相色谱-质谱联用结果表明，CNF对PBT/CNF混合体系的挥发物质量影响不大，说明CNF不会影响PBT的化学成分。
可燃性测试结果表明，PBT/CNF混合体系的点燃时间比PBT延长了25%，最高温度降低了23%，烟雾量以及毒气排放量也都有所降低。这证实了CNF能够显著提高PBT的阻燃性能，从而降低了其火灾危害性。
结论
本文证实了纤维素纳米晶基阻燃剂成炭能够显著提高聚丁二酸丁二醇酯的阻燃性能，并降低其烟雾以及毒气排放量。这一研究将有助于推广纤维素纳米晶在阻燃材料领域的应用，为提高火灾安全性能提供了一种新的解决思路。