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本文通过采用有机插层剂对钠基蒙脱土(Na-MMT)进行改性得到有机蒙脱土(OMMT),以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)作相容剂,通过熔融插层法制备了聚丙烯/蒙脱土(PP/OMMT)纳米复合材料,研究了有机插层改性剂、OMMT以及PP-g-MAH对PP/OMMT纳米复合材料的性能的影响;对OMMT和亚磷酸三苯酯(TPPi)-环氧树脂(Epoxy)复合阻燃剂(TP-EP)协同阻燃PP的性能进行了研究,并使用XRD、SEM、TG和显微镜照片等方法对所制备的OMMT和PP复合材料进行了测试和表征。主要研究内容和成果包括:
第一,采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)和十二烷基二甲基卞基氯化铵(DDBAC)改性钠基蒙脱土(Na-MMT),分别制备了有机蒙脱土OMMT-O和OMMT-D。XRD结果显示OMMT-O的层间距由Na-MMT的1.22nm增加到2.38nm,OMMT-D的层间距增加到2.19nm,说明插层改性剂已经插层进入层间,有效的提高了蒙脱土层间距。
第二,使用OMMT和PP-g-MAH通过熔融插层法制备了PP/OMMT纳米复合材料,PP-g-MAH能够有效的改善OMMT与PP的相容性。结果发现:OMMT与PP-g-MAH用量比为1/2时综合性能较好,当OMMT-O用量为5wt%,PP-g-MAH为10wt%时,PP/PP-g-MAH/OMMT-O的极限氧指数(LOI)从纯PP的18.0提高到23.0,冲击强度比纯PP提高了80%,比PP/OMMT-O提高了28%。在PP/PP-g-MAH/OMMT-O中,XRD结果说明部分蒙脱土片层已经剥离;SEM结果表明蒙脱土颗粒更细小,分散更加均匀;TG结果表明,PP的外推起始失重温度To、外推终止失重温度Tt以及热失重速率峰值所对应的温度Tmax都比纯PP提高了约20℃。
第三,采用TPPi和Epoxy获得的TP-EP复合阻燃剂,对PP进行阻燃改性,获得了良好的阻燃性能。当TPPi和Epoxy质量比为2/3时,TP-EP复合阻燃剂总用量为20wt%时,制备的阻燃PP复合材料的阻燃效果最好:LOI从纯PP的18.0提高到为34.5。TG结果表明:TPPi和Epoxy质量比为2/3时的样品600℃残余百分数(W600℃)最大;显微镜照片表明,在燃烧过程中TPPi和Epoxy能够在材料表面形成致密的炭层,提高了PP的阻燃性能。
最后,采用OMMT与TP-EP复合阻燃剂协同阻燃PP,制备了阻燃性能良好的阻燃PP复合材料,发现OMMT-O与TP-EP复合阻燃剂之间具有很好协同阻燃效果。当TPPi为6wt%和Epoxy为9wt%时,添加0.5wt%的OMMT-O,材料的LOI由32.0提高到36.5,冲击强度由原来的5.0KJ/m2增加到6.3KJ/m2。XRD表明,与TP-EP复合阻燃剂共混后,OMMT-O的层间距由2.38nm增加到7.48nm;从SEM结果可以看出OMMT-O能在复合材料中均匀分散;TG结果表明OMMT-O的添加增加了W600℃;从炭层的显微镜照片可知,添加了OMMT-O后,炭层的表面颗粒更小,炭层表面的致密度提高,因此提高了炭层的阻隔性能,从而提高了材料的阻燃性能。