氫氧化鎂透明分散體及其聚合物基阻燃材料的制備和性能研究.pdf

1、近年來，由聚合物燃燒而引發(fā)的火災(zāi)事故日益頻繁，人們對聚合物材料的阻燃問題越來越重視。作為一類綠色環(huán)保阻燃劑，Mg(OH)2(簡稱MH)具有無鹵、抑煙、不產(chǎn)生有毒氣體等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于聚合物材料的阻燃研究中。然而，目前常用的阻燃型Mg(OH)2大多在微米級以上，所需填充量大，容易造成聚合物的力學(xué)性能和加工性能嚴重劣化;納米級Mg(OH)2顆粒由于表面能大，易發(fā)生團聚，難以在聚合物基體中發(fā)揮其納米效應(yīng)，從而限制了Mg(OH)2在眾多

2、領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何實現(xiàn)Mg(OH)2在聚合物基體中的納米級分散是制備高性能Mg(OH)2/聚合物納米復(fù)合材料的關(guān)鍵。本論文以終端聚合物應(yīng)用體系為目標，采用超重力技術(shù)創(chuàng)制出一系列不同液相介質(zhì)的Mg(OH)2透明分散體，并通過原位聚合、溶液共混和/或熔融擠出等方法制備了多種具有良好透明度、力學(xué)和阻燃性能的Mg(OH)2/聚合物納米復(fù)合材料，實現(xiàn)了納米顆粒在聚合物基體中的納米級分散。全文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以MgCl2·

3、 H2O和NaOH為原料，采用超重力法結(jié)合表面改性技術(shù)，創(chuàng)制出甲醇、乙醇、乙二醇、甲苯和水相的透明Mg(OH)2納米分散體，并初步實現(xiàn)了實驗室規(guī)模的透明Mg(OH)2納米分散體的宏量制備。研究了制備和改性工藝對納米Mg(OH)2在多種液相介質(zhì)中分散性能的影響，確定了較優(yōu)的工藝條件:超重力旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速為2000 rpm、進料速率為400 mL/min、NaOH濃度為0.6 mol/L及制備乙醇相Mg(OH)2納米分散體的改性劑用量為10 w

4、t％、改性溫度為70℃、改性時間為3h等。制備的Mg(OH)2納米分散體透明性和穩(wěn)定性良好，顆粒呈明顯的片狀結(jié)構(gòu)，粒徑為40～90 nm，粒度分布均勻，在液相介質(zhì)中呈現(xiàn)出高度的納米級分散。與傳統(tǒng)的攪拌法相比，超重力法制備的納米分散體透明度高，顆粒粒徑小且分布窄，可形成固含量更高的透明Mg(OH)2納米分散體。
　　(2)利用乙二醇相Mg(OH)2納米分散體與聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的解聚產(chǎn)物通過原位聚合法制備了PET/MH納

5、米復(fù)合材料，并對復(fù)合材料的結(jié)晶能力、熱穩(wěn)定性和抗熔滴性進行了研究。結(jié)果表明，納米Mg(OH)2的加入顯著地提高了材料的結(jié)晶能力，PET的冷卻結(jié)晶峰溫度從189.1℃上升到195.8℃;與直接添加Mg(OH)2納米粉體制備的PET/MH復(fù)合材料和純PET相比，采用分散體原位聚合制備的復(fù)合材料具有更好的熱穩(wěn)定性和阻燃性能，在1 wt％的Mg(OH)2含量下，熱重剩余量分別提高了1.7％和4.9％，并且材料的抗熔滴性得到了明顯改善。
　

6、　(3)提出了利用甲苯相Mg(OH)2納米分散體和聚丙烯(PP)通過溶液共混結(jié)合熔融擠出法制備透明PP/MH納米復(fù)合材料的新技術(shù)，攻克了納米粒子在熔融加工類聚合物基體中的分散難題。制備的PP/MH納米復(fù)合材料具有良好的透明度、熱穩(wěn)定性、阻燃性能和抑煙能力，當Mg(OH)2加入量為100 phr時，復(fù)合材料的氧指數(shù)從19.3提高到29.7;最大熱釋放速率、熱釋放總量、生煙總量較純PP分別降低了71.6％、25.5％、44.6％。與直接添加

7、市售微米級Mg(OH)2和利用Mg(OH)2分散體干燥制備的納米粉體相比，采用先將分散體與PP溶液共混干燥，然后熔融擠出制備的PP/MH納米復(fù)合材料具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能和阻燃性能，其中，拉伸強度分別提高了34％和31％，沖擊強度分別提高了139％和204％。此外，溶液共混結(jié)合熔融擠出制備的PP/MH納米復(fù)合材料在燃燒過程中能夠形成致密的炭層，有效地防止了熱量的傳導(dǎo)和基體的進一步燃燒。TEM測試結(jié)果表明Mg(OH)2納米顆粒在PP基體中

8、保持著原有的形貌，并達到了納米級的均勻分散。
　　(4)利用水相Mg(OH)2納米分散體與聚乙烯醇(PVA)采用溶液共混法制備了透明PVA/MH納米復(fù)合膜材料，解決了納米粒子在溶液加工類樹脂基體中的分散難題。TEM測試結(jié)果表明，Mg(OH)2納米顆粒在PVA基體中達到納米級均勻分散，從而使納米復(fù)合膜材料具有良好的透明度，當Mg(OH)2納米顆粒的添加量高達50phr時，PVA/MH納米復(fù)合膜材料的可見光透射率仍可達到85％以上。納