疏松型納米氫氧化鎂無(wú)鹵阻燃聚丙烯的研究.pdf

1、氫氧化鎂是一種環(huán)保綠色無(wú)機(jī)阻燃劑，具有熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、不析出、不產(chǎn)生有毒氣體、不腐蝕加工設(shè)備、消煙作用顯著和價(jià)格便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是與非極性聚合物材料相容性差，阻燃效率較低。華南理工大學(xué)材料學(xué)院與中山市應(yīng)用化學(xué)研究所合作，采用氣泡液膜法和專利泡罩蝶式反應(yīng)器，以氯化鎂和氫氧化鈉為原料，油酸為包覆劑，研制出了疏松型納米氫氧化鎂，本文主要研究了疏松型納米氫氧化鎂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及在無(wú)鹵阻燃聚丙烯材料中的應(yīng)用。
　　 采用掃描電子顯

2、微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、元素分析、熱重分析（TG）、粒徑分布和比表面積（BET）等現(xiàn)代測(cè)試手段，表征了用氣泡液膜法制備的疏松型納米氫氧化鎂（LN-MH）的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。結(jié)果表明LN-MH具有片層結(jié)構(gòu)，片層厚度多數(shù)在20～50nm，并且粒子之間比較疏松；具有典型的氫氧化鎂規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)；LN-MH粉體表面包覆的油酸與納米粒子之間存在化學(xué)結(jié)合；LN-MH中氫氧化鎂分子與油酸分子之比為9.39:1；LN-MH粒子粒徑分布在30～6

3、0nm左右；LN-MH比表面積為26.33㎡/g；LN-MH熱降解分為兩個(gè)臺(tái)階，第一臺(tái)階為油酸的受熱失重，第二個(gè)臺(tái)階為氫氧化鎂的脫水。
　　 以PP/LN-MH（100/40）為基本配方，對(duì)比了幾種常見硅烷類偶聯(lián)劑，發(fā)現(xiàn)KH550在處理LN-MH時(shí)效果較佳；對(duì)比了10種LN-MH的原位表面活性劑對(duì)PP/LN-MH復(fù)合材料性能的影響，確定了使用As時(shí)，添加40phrLN-MH的復(fù)合材料的力學(xué)性能和純PP F401相當(dāng)；探索了不同三

4、單體接枝共聚物PP-g-（MMA-MAH-BA）用量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能、燃燒性能的影響，添加量在8phr時(shí)效果最佳；SEM形貌表明PP-g-（MMA-MAH-BA）提高了LN-MH在PP中的分散性。
　　 以PP/LN-MH（100/60）為基本配方，加入紅磷和炭黑協(xié)同LN-MH阻燃聚丙烯效果顯著，在LN-MH低填充量（60phr）的時(shí)候加入9phr紅磷或者7phr紅磷和5phr炭黑達(dá)到UL94 V-0級(jí)，而普通氫氧化鎂要100

5、phr和紅磷9phr才能使PP達(dá)到V-0；LN-MH表現(xiàn)出比普通氫氧化鎂更好的協(xié)同效應(yīng)；通過(guò)偶聯(lián)劑和接枝共聚物進(jìn)一步改性，能夠使復(fù)合材料達(dá)到阻燃要求的同時(shí)保持良好的力學(xué)性能。錐形量熱儀（CCT）數(shù)據(jù)表明紅磷和炭黑的加入降低了體系的HRR，降低了材料引發(fā)火災(zāi)的可能性。結(jié)合復(fù)合材料在空氣、氮?dú)夥諊袩峤到馇€和燃燒殘?zhí)考t外譜圖，討論了LN-MH與紅磷協(xié)同阻燃機(jī)理。確定了疏松型納米氫氧化鎂協(xié)同紅磷無(wú)鹵阻燃PP最佳配方為：100phr PP，6

6、0phr LN-MH，9phr紅磷：或者100phr PP，60phr LN-MH，7phr紅磷和5phr炭黑。
　　 采用適量的白炭黑等量替代部分LN-MH可以提高PP/LN-MH的氧指數(shù)和垂直燃燒水平，60wt％的阻燃劑體系，采用10wt％的白炭黑等量代替LN-MH可以在提高氧指數(shù)同時(shí)，保持垂直燃燒V-0級(jí)，降低了體系的HRR，提高了PP/LN-MH的維卡耐熱溫度；TG數(shù)據(jù)表明白炭黑提高了700℃的殘?zhí)苛?，降低受熱質(zhì)量損失速

7、率，提高了體系的熱穩(wěn)定性。
　　 傅立葉紅外數(shù)據(jù)表明PP/LN-MH/SiO2燃燒殘?jiān)兄缓卸趸韬脱趸V，理論計(jì)算殘?zhí)苛亢?。TG數(shù)據(jù)幾乎一致，證明白炭黑協(xié)同LN-MH阻燃機(jī)理是物理的形成隔氧隔熱隔質(zhì)炭層的物理作用；對(duì)于60wt％阻燃劑體系，白炭黑的加入能夠提高體系的拉伸強(qiáng)度，對(duì)于55wt％阻燃劑體系而言對(duì)拉伸強(qiáng)度的提高不是很大；白炭黑對(duì)缺口沖擊強(qiáng)度影響較小。確定了疏松型納米氫氧化鎂協(xié)同白炭黑無(wú)鹵阻燃PP最佳配方為：40wt