納米粒子及其協(xié)同阻燃聚丙烯的研究.pdf

1、眾所周知，聚丙烯作為五大通用塑料之一，由于其低廉的價格和良好的加工性能而被廣泛地應(yīng)用于建筑、交通、電線電纜行業(yè)。但是聚丙烯易燃燒且燃燒熱大，其應(yīng)用受到很大的限制。因此，在過去的三十多年里，越來越多的學(xué)者致力于研究聚丙烯的阻燃改性及應(yīng)用。近年來，含有納米粒子的聚合物納米復(fù)合材料在改善聚合物熱穩(wěn)定性和燃燒性能方面表現(xiàn)良好，納米粒子被認(rèn)為是改善聚丙烯阻燃和熱穩(wěn)定性能的一種有效方法。
　　 膨脹阻燃體系由于其無鹵環(huán)保特性吸引了學(xué)者的廣泛

2、關(guān)注。膨脹體系一般包含酸源、碳源和氣源。與含鹵阻燃體系相比其阻燃效率較低且熱穩(wěn)定性較差。膨脹阻燃體系的炭層能夠隔熱隔氧阻止材料內(nèi)部劇烈燃燒，納米粒子在較低添加量時能夠明顯提高膨脹阻燃體系的阻燃性能。本論文的研究內(nèi)容主要包括以下三個部分:
　　 首先采用離子交換法成功制備了磷酸二氫根離子插層改性水滑石(M-LDHs)。結(jié)果表明，兩種水滑石都能在聚丙烯中形成良好的分散結(jié)構(gòu)，鎂鋁碳酸根水滑石(LDHs)在聚丙烯中形成插層結(jié)構(gòu)，M-LD

3、Hs在聚丙烯中能形成剝離結(jié)構(gòu)。采用熱重分析(TGA)對復(fù)合材料的熱行為進行了分析，發(fā)現(xiàn)兩種水滑石都能提高聚丙烯的熱分解溫度，增加其殘?zhí)苛?，改善其熱穩(wěn)定性，且M-LDHs的表現(xiàn)要優(yōu)于LDHs。極限氧指數(shù)(LOI)，垂直燃燒(UL-94)和錐形量熱(CONE)的結(jié)果表明，LDHs和M-LDHs都能改善聚丙烯(PP)的燃燒行為，且M-LDHs的效果更佳。二者都能提高PP的LOI值，雖然UL-94沒有達(dá)到等級但是可以增加熔滴出現(xiàn)的時間，LDHs

4、和M-LDHs都可以降低PP的熱釋放速率和總熱釋放量，降低火災(zāi)危險性系數(shù)，降低熱失重速率與平均熱釋放速率。CONE測試后的殘?zhí)空掌砻鱉-LDHs能促進形成更致密的炭層結(jié)構(gòu);對PP/12phr M-LDHs不同溫度下的殘?zhí)縁TIR分析結(jié)果表明，在400℃后復(fù)合材料中的含磷基團能促進聚合物形成更穩(wěn)定的炭層，起到更好的阻隔作用。以上結(jié)果表明M-LDHs能夠明顯改善聚合物燃燒性能。
　　 采用X射線衍射儀(XRD)和差示掃描量熱儀(D

5、SC)研究了PP復(fù)合材料的結(jié)晶行為，結(jié)果表明，M-LDHs的存在能夠起到成核劑的作用，形成β晶結(jié)構(gòu)。DSC結(jié)果表明，M-LDHs時材料的結(jié)晶溫度提前，熔點降低，過冷度減小，晶粒尺寸變大，與Derby-Scherrer公式計算的結(jié)果一致。
　　 其次以M-LDHs為協(xié)同劑，以膨脹阻燃劑（IFR∶APP∶PER=3∶1）為阻燃劑，制備了PP/IFR/M-LDHs復(fù)合材料，CONE，LOI及UL-94結(jié)果表明少量添加M-LDHs能對復(fù)

6、合材料的燃燒行為起到一定的協(xié)同作用。熱分析表明，M-LDHs對聚合物的熱分解溫度沒有明顯的改變作用。錐形量熱的殘?zhí)亢暧^數(shù)碼照片和微觀SEM照片表明M-LDHs加入后炭層結(jié)構(gòu)更致密，孔洞較少，具有更好的阻隔作用。
　　 最后以高嶺土(K-clay)為協(xié)同劑，制備了PP/IFR/K-clay復(fù)合材料，CONE，LOI及UL-94結(jié)果表明在少量添加K-clay能對復(fù)合材料的燃燒行為起到一定的協(xié)同作用。錐形量熱測試的殘?zhí)亢暧^照片和微觀S