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聚丙烯(PP)具有优异的物理机械性能和良好的化学稳定性,但其氧指数只有17.4%-18.5%,属易燃材料,且燃烧时易产生大量熔滴,致使火焰传播,从而限制了其在电子、电器、交通、装饰材料等诸多领域中的应用。目前聚丙烯中常用的阻燃剂为卤系阻燃剂,这类阻燃剂阻燃效果很好,但在阻燃过程中会放出大量有毒并带有腐蚀性的气体,对人体和环境造成很大危害。因此,对聚丙烯塑料的无卤阻燃改性日益受到人们的重视。聚合物/蒙脱土纳米复合材料是目前研究最多,工业化应用前景好的一种聚合物基纳米复合材料。具有层状结构的蒙脱土是制备成纳米复合材料的理想天然矿物。目前,蒙脱土复合尼龙的研究己经比较深入。这是由于尼龙的极性基团与有机化蒙脱土的极性基团之间具有相容性,而聚丙烯是一种非极性的聚合物,与蒙脱土不易实现完全的插层剥离,因此我们需要在其中加入相容剂。聚合物与蒙脱土达到纳米级的复合,能大大增加聚合物与蒙脱土的界面相互作用,从而使复合材料具有卓越的综合性能。本文从阻燃剂的分类、阻燃方法和机理、无卤阻燃聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的研究现状等方面进行了简要回顾,提出了目前无卤阻燃聚丙烯研究领域内主要的研究热点、所面临的困难和需要解决的问题,并展望了其未来的研究方向及应用前景。
将常规阻燃剂和有机蒙脱土(OMMT)同时添加入聚丙烯中,制备了阻燃剂/聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料。其中常规阻燃剂分别选用了膨胀阻燃剂(IFR)和氢氧化镁(MH)阻燃剂。为了研究复合材料的性能,我们分别对其进行了力学性能、阻燃性能、热性能和流动性能测试,如缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲模量、氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL94)、维卡软化点温度(VST)、熔体流动速率(MFR)等。并分析了复合材料的微观结构,填料与聚合物之间的界面结合机理,以及复合材料燃烧后炭层的结构。
研究表明,以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)作为相容剂,在熔融条件下可以制备出插层型纳米复合材料,此时复合材料中的蒙脱土层间距为4.144nm,而原来有机蒙脱土的层间距为2.432nm。说明聚丙烯高分子链已经插层进入到有机蒙脱土的片层间,导致蒙脱土的层间距进一步扩大。
对于膨胀阻燃体系,膨胀阻燃剂的加入能提高复合材料的阻燃性能和弯曲模量,但其冲击性能、拉伸性能和熔体流动速率明显降低。加入蒙脱土复配膨胀阻燃剂能进一步提高复合材料的氧指数,而且能大幅度提高复合材料的力学性能,但并不能提高复合材料的垂直燃烧等级,而且其熔体流动速率会进一步降低。当OMMT含量4%,IFR含量30%时,复合材料氧指数为29%,垂直燃烧达到UL94 V-0级,缺口冲击强度为6.72 kJ/m<2>,拉伸强度为24.44 MPa,弯曲模量为1564MPa,熔体流动速率为0.95g/10min。对复合材料燃烧后的炭层观察表明,加入蒙脱土能够保护膨胀炭层,说明蒙脱土与膨胀阻燃剂有一定的协效作用。
对于氢氧化镁(MH)阻燃体系,氢氧化镁的加入能提高复合材料的阻燃性能和弯曲模量,但其冲击性能和拉伸性能明显降低。加入蒙脱土复配氢氧化镁阻燃剂,复合材料的拉伸性能和氧指数能得到进一步提高,但冲击性能和弯曲模量则会下降,而材料的垂直燃烧等级也没有提高。当OMMT含量4%,删含量50%时,复合材料氧指数为26%,垂直燃烧达到UL94 V-2级,缺口冲击强度为5.84kJ/m<2>,拉伸强度为24.12 MPa,弯曲模量为2342MPa。