疏松型納米氫氧化鎂無鹵阻燃聚丙烯的研究.pdf

1、氫氧化鎂是一種環(huán)保綠色無機阻燃劑，具有熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、不析出、不產(chǎn)生有毒氣體、不腐蝕加工設備、消煙作用顯著和價格便宜等諸多優(yōu)點，但是與非極性聚合物材料相容性差，阻燃效率較低。華南理工大學材料學院與中山市應用化學研究所合作，采用氣泡液膜法和專利泡罩蝶式反應器，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構和性質(zhì)，以及在無鹵阻燃聚丙烯材料中的應用。
　　 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）的結構和性質(zhì)。結果表明LN-MH具有片層結構，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)整的晶體結構；LN-MH粉體表面包覆的油酸與納米粒子之間存在化學結合；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熱降解分為兩個臺階，第一臺階為油酸的受熱失重，第二個臺階為氫氧化鎂的脫水。
　　 以PP/LN-MH（100/40）為基本配方，對比了幾種常見硅烷類偶聯(lián)劑，發(fā)現(xiàn)KH550在處理LN-MH時效果較佳；對比了10種LN-MH的原位表面活性劑對PP/LN-MH復合材料性能的影響，確定了使用As時，添加40phrLN-MH的復合材料的力學性能和純PP F401相當；探索了不同三

4、單體接枝共聚物PP-g-（MMA-MAH-BA）用量對復合材料力學性能、燃燒性能的影響，添加量在8phr時效果最佳；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）的時候加入9phr紅磷或者7phr紅磷和5phr炭黑達到UL94 V-0級，而普通氫氧化鎂要100

5、phr和紅磷9phr才能使PP達到V-0；LN-MH表現(xiàn)出比普通氫氧化鎂更好的協(xié)同效應；通過偶聯(lián)劑和接枝共聚物進一步改性，能夠使復合材料達到阻燃要求的同時保持良好的力學性能。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)火災的可能性。結合復合材料在空氣、氮氣氛圍中熱降解曲線和燃燒殘?zhí)考t外譜圖，討論了LN-MH與紅磷協(xié)同阻燃機理。確定了疏松型納米氫氧化鎂協(xié)同紅磷無鹵阻燃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，保持垂直燃燒V-0級，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燃燒殘渣中只含有二氧化硅和氧化鎂，理論計算殘?zhí)苛亢?。TG數(shù)據(jù)幾乎一致，證明白炭黑協(xié)同LN-MH阻燃機理是物理的形成隔氧隔熱隔質(zhì)炭層的物理作用；對于60wt％阻燃劑體系，白炭黑的加入能夠提高體系的拉伸強度，對于55wt％阻燃劑體系而言對拉伸強度的提高不是很大；白炭黑對缺口沖擊強度影響較小。確定了疏松型納米氫氧化鎂協(xié)同白炭黑無鹵阻燃PP最佳配方為：40wt