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膨胀阻燃技术是20世纪90年代发展起来的新型阻燃技术。天然多糖高分子材料来源广泛,可生物降解,具有多羟基碳链结构,可以作为膨胀阻燃剂炭源,成为近年来阻燃领域的研究热点。低成本、低焦油的再造烟叶(RTS)在烟草行业有着非常广泛的应用,其燃烧热解过程对于烟气中有害物含量有着重要的影响。基于以上分析,本文从降温减害角度出发,使用淀粉、壳聚糖等多糖阻燃材料对RTS进行改性,采用一系列方法研究阻燃材料对于RTS热解、燃烧、产物等方面的影响,同时探讨其阻燃机理。具体而言主要包括以下工作:1.以聚磷酸铵(APP)为酸源、气源,分别以淀粉(ST)、双淀粉磷酸酯(DSP)、羟丙基二淀粉磷酸酯(HPDSP)为炭源,制备出淀粉基阻燃RTS,比较研究三种成炭剂对阻燃性能的影响。结果表明,淀粉基阻燃材料在纤维素、半纤维素热解阶段能够形成热稳定性更好的焦炭。焦炭的氧化分解过程向高温区移动,并且热失重速率下降,以此抑制薄片燃烧热解。另外,气相产物中羰基化合物含量有所降低。改性淀粉中的交联磷酸酯基能够进一步提升焦炭的热稳定性和阻燃效果。2.使用无模型函数法和模型适配法对淀粉基阻燃改性薄片的热解过程进行热解动力学分析。结果显示,在转化率α处于0.10～0.65阶段(150～300℃),薄片的热解活化能呈现迅速增大-平稳-增大的趋势。淀粉基阻燃剂能够显著降低该阶段的活化能。其中DSP成炭剂使活化能在整个区间内都显著降低,而ST则主要降低α在0.10～0.40区间的活化能。机理函数拟合结果表明,还原糖的初始热解、半纤维素热解过程符合扩散模型,纤维素、焦炭热解的热解符合二级化学反应模型,而无机盐分解符合随机成核模型。其中淀粉基阻燃剂在30～330℃的稳定炭形成主要是通过降低半纤维素的热解活化能实现。同时焦炭的热解活化能增大,体现了阻燃后焦炭更好的热稳定性。3.以APP为酸源、气源,壳聚糖(CS)为炭源,柠檬酸钾(PC)作为协效剂,采用类似于层层自组装(LBL)的方法制备了壳聚糖膨胀阻燃RTS,研究其阻燃特性和降焦减害性能。结果表明:APP-CS涂层可以率先在表面分解反应形成微膨胀焦炭层,PC可以与多糖热解中间体形成钾炭复合物,与焦炭协同作用增强涂层的阻燃效果。较为稳定的钾炭复合物抑制了糖类中间体进一步反应,降低醛类物质生成量,并在随后分解产生更多的酮类物质。PC与APP-CS的协同作用进一步抑制RTS的热解、燃烧过程,不仅使最大热释放速率(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了 18.3%和20.0%;同时还降低了卷烟燃烧锥最高温度(100℃)和主流烟气中甲醛(67.3%)和丙烯醛(16.4%)含量。