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本工作尝试从晶体形貌和表面改性两方面来改进氢氧化镁,期望所得聚丙烯/氢氧化镁复合物的阻燃性能和力学性能能达到较好的平衡。一方面通过添加杂离子如Fe3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等,溶液共沉淀制得棒状形貌的氢氧化镁颗粒;另一方面合成了含膦酸基团的高分子表面改性剂,并用其改性氢氧化镁。将上述氢氧化镁同聚丙烯注塑成标准实验样条,并用热重分析、差示扫描量热、透射电镜、扫描电镜、X射线衍射、红外、极限氧指数等技术方法表征了改性氢氧化镁的颗粒形貌、热稳定性等,阻燃聚丙烯复合物的热性能、力学性能、阻燃性能、界面粘接性能及组分间的作用机理等。主要得到了以下结论:
1.在硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钠和硬脂酸镁等5种硬脂酸(盐)类改性剂中,硬脂酸锌的改性效果最好,硬脂酸的最差;除硬脂酸锌改性的氢氧化镁为一维棒状结构外,其它氢氧化镁的颗粒都为六方片状结构;改性剂的用量在3wt%左右时,氢氧化镁的性能已趋于稳定,表现为颗粒不团聚,起始热分解温度、吸水率等趋于稳定;
2.在氢氧化镁的合成过程中,添加很少量(约为0.4mol%)与镁离子半径相似的Fe3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+等过渡金属离子,就可以制得一维棒状形貌的氢氧化镁颗粒,其中添加Cu2+的热稳定性最好、形貌最完善,锌由于具有酸碱两性,其热稳定性最差,形貌最不规则,存在较多的无规颗粒;
3.实验条件对Cu2+改性氢氧化镁的性能有较大的影响,通过改变Cu2+的添加量、初始反应物的浓度、反应时间及温度等参数,可以制得形貌可控的氢氧化镁颗粒,且其各项性能如起始热分解温度、晶体形貌规整度等可通过调节反应条件而得到优化;
4.将含有杂离子化合物的氢氧化镁与聚丙烯复合后,所得PP/MH复合物的阻燃性能和分解残余物都略有提升;但由于铜锌化合物的促催化降解特性,PP/Cu和PP/Zn的热稳定性降低且出现了两个较明显的分解失重过程,前一个主要是PP的裂解而第二个则主要是氢氧化镁的分解;对于参有铁和镍化合物的氢氧化镁来说,它们相应PP/MH的热稳定性与纯PP的基本保持一致且只有一个分解过程;通过对铜化合物的加入量进行深入实验,发现PP/MH的阻燃性随着氢氧化镁中铜离子含量的增加而提高,热稳定性则随着铜离子含量的增加而降低,且材料的失重过程可以分成较明显的三步,聚丙烯的裂解、氢氧化镁的分解及中间的过渡状态;
5.用含磷高分子作氢氧化镁的表面改性剂时,氢氧化镁的颗粒大小随着改性剂的用量及高分子主链上膦酸基团含量的增加而减小,此外,当添加7wt%的Ⅲ-b时,氢氧化镁颗粒的形貌改变成针棒状;复合后聚丙烯材料的阻燃、力学性能和热行为都比用硬脂酸镁改性的氢氧化镁要好,且上述性能都随着改性剂用量及膦酸基团含量的增加而提高,经过分析测试我们认为这主要归因于氢氧化镁的均匀分散及良好的界面粘接性;当用该高分子对工业级氢氧化镁进行表面改性时,含磷高分子比常用的硬脂酸类改性剂具有更好的效果,复合材料的力学性能、热行为及阻燃性能都明显提高,即使是只添加50wt%的PVPA10,复合物的阻燃等级也能达到使用要求。