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氢氧化铝(ATH)是聚烯烃和不饱和聚酯低毒无卤的阻燃剂之一。然而,由于氢氧化铝表面亲水疏油,与非极性高分子材料相容性差,界面之间难以形成良好的结合和粘接;同时其阻燃效率低,作为高分子阻燃剂时添加量大,导致复合材料的加工性能和力学性能急剧下降。针对以上的问题,本论文从氢氧化铝的表面改性处理入手,同时将氢氧化铝与其它无机阻燃剂组成复合阻燃体系,研究其复合阻燃性能和机理。
论文中首先研究了含氢硅油改性氢氧化铝的工艺条件,探讨了含氢硅油用量、时间、温度等工艺因素对氢氧化铝改性效果的影响;采用热重分析(TGA)和傅立叶变换红外光谱分析(FT-IR)表征改性前后氢氧化铝的热稳定性和表面结构情况;并通过活化指数和沉降速度,对改性氢氧化铝的稳定性和表面疏水性进行表征,优化配方和工艺条件,制备出适合于聚烯烃阻燃的氢氧化铝粉体;其次是将处理过的氢氧化铝填充在PP共聚物中,通过混合挤出并注塑成标准实验样条,测试复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、极限氧指数等参数来表征复合材料的力学性能和阻燃性能,并用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的断面形貌,从而综合评价含氢硅油改性氢氧化铝的效果。为了比较,还选择了其它含官能团硅油和常用表面改性剂(硬脂酸、硅烷偶联剂)对氢氧化铝表面进行改性,以及将改性后的氢氧化铝用于填充阻燃PP共聚物,对比改性剂的改性效果,探讨了其改善复合材料力学性能的机理。论文还研究了氢氧化铝与其它无机阻燃剂组成的复合阻燃体系在PP共聚物中的阻燃性能和阻燃机理,为改性氢氧化铝的实际应用积累数据。
论文的主要结论如下:
1、在含氢硅油改性氢氧化铝的体系中,研究结果表明,适宜的工艺改性条件为含氢硅油用量为氢氧化铝质量的1.0%,改性时间和温度分别为30min和80℃。从改性后氢氧化铝的热重分析(TGA)和复合材料的力学性能测试结果可知,含氢硅油改性氢氧化铝不仅提高了氢氧化铝的热稳定性,也明显改善了复合材料的力学性能。
2、经过表面改性剂处理过的氢氧化铝在PP共聚物基体中具有良好的分散性和相容性,填料和基体界面的粘结力增强,ATH/PP共聚物复合材料的加工性能和力学性能有明显地改善,其中以含氢硅油对复合材料的综合性能改善效果最为显著。
3、以氢氧化铝为主与其它无机阻燃剂组成复合阻燃体系的研究结果表明,氢氧化铝与其它阻燃剂之间具有一定的相互作用和协同阻燃效果,从而降低了氢氧化铝的用量,提高了复合材料的阻燃性能和力学性能。