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聚丙烯(PP)高分子材料广泛应用于各行各业,已成为经济建设中的重要材料。但是这类材料易燃烧产生大量有害烟气,威胁环境和人身安全,限制了该材料的使用。本文采用具有无卤、无毒的类水滑石(LDHs)作为聚丙烯材料的阻燃剂,并在LDHs基础上分别构建了 LDHs/氧化碳纳米管(OCNTs)、LDHs/聚磷酸铵(APP)/硼酸锌(ZB)阻燃复合材料,系统研究了 LDHs的形貌、粒径大小、不同无机阴离子插层,复合阻燃材料的配比、添加量等对PP阻燃性能、热稳定性能以及力学性能的影响。采用共沉淀和水热法制备了不同形貌和粒径大小的LDHs,分别考察了 LDHs的形貌、粒径大小和添加量对PP阻燃性能、热稳定性能和力学性能的影响。结果表明,和花瓣状和小球状LDHs相比,片状LDHs对PP具有最优的热稳定性和阻燃性能。随着LDHs粒径的增加,其阻燃性能逐渐降低;且LDHs粒径越小,其对PP的力学影响越小;复合材料的阻燃性能随着LDHs添加量的增加而逐渐提高,而热稳定性和力学性能则逐渐下降。优化得到用于PP的最佳LDHs阻燃剂为片状,粒径小于300 nm。在该优化条件下的LDHs添加量为40 wt%时,PP/LDHs复合材料的最大热释放速率(PHRR)可降低 57%。本文研究了不同无机阴离子插层(C0O2-、NO3-、Cl-和SO42-)Mg3Al LDHs对PP阻燃性和热稳定性的影响。当 Mg3Al-C03、Mg3A1-NO3、Mg3Al-Cl 和 Mg3Al-SO4 LDHs的添加量同为40 wt%时,PP/LDHs复合材料的PHRR值分别降低了 49%、58%、32%和58%,表明NO3-、SO42-和CO2-对提高PP的阻燃性能要优于Cl-。Mg3Al-CO3 LDHs对于提高PP的热稳定性能作用明显,当其添加量为15 wt%时,PP/LDHs复合材料重量损失50%时对应的温度(T0.5)可提高54℃。综合考虑阻燃性和热稳定性,确定CO32-为最适用于PP阻燃的LDHs无机阴离子插层。为了减少PP中LDHs的添加量,本文研制了 LDHs/OCNTs复合阻燃体系来实现对PP的高效阻燃。并通过用少量的OCNTs取代LDHs,减少阻燃剂的总体添加量,降低阻燃剂添加量大对PP热稳定性和阻燃性能的影响。实验结果表明,适量的OCNTs可以促进PP燃烧时的成炭过程,延缓材料继续燃烧。添加10 wt%LDHs和1 wt%OCNTs的复合阻燃剂可使PP的PHRR降低值由只添加10 wt%LDHs时的10%提高到40%。该值甚至明显高于添加量为20 wt%LDHs的复合材料(31%)。过量的OCNTs会提高聚合物的导热性能,反而使复合材料的PHRR值有所提高。因此,优化得到OCNTs作为PP阻燃剂的最佳添加量为1 wt%。此外,LDHs/OCNTs可实现在PP中的良好分散,这也是其可以提高PP阻燃性和热稳定性的一个主要原因。并且当OCNTs的掺杂量为1 wt%时,可以使复合材料的拉伸强度由25.6 MPa提高到27.5 MPa,断裂伸长率由7.5%提高到 17.9%。本文还考察了 LDHs与其他无机阻燃剂(APP和ZB)的协同阻燃性能。采用溶剂混合法制备了 PP/Mg3Al-APP LDHs/ZB复合材料。由于APP的加入,LDHs受热分解后生成的金属混合氧化物与APP相互作用,促进PP快速脱水和成炭过程,使Mg3Al-APP LDHs对PP的阻燃性能明显优于Mg3Al-C03 LDHs。添加20 wt%LDHs后,和PP/Mg3Al-C03 LDHs复合材料相比,PP/Mg3A1-APP LDHs复合材料的PHRR降低值由31%增加到55%。由于ZB受热后形成粘稠状物质及含锌的耐高温材料,对PP燃烧后形成的炭层具有进一步封闭作用,阻隔其与外界的热交换行为,使材料的燃烧速率进一步减慢。当ZB添加量为2 wt%,Mg3Al-APP LDHs的添加量为10 wt%,可使PP/Mg3A1-APP LDHs/ZB复合材料的PHRR降低值由27%进一步提高到42%。