高效膨胀阻燃聚丙烯纳米复合材料的制备与研究

• 作 者: 杜开辉
• 出 处: 天津职业技术师范大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 聚丙烯 热稳定性 结晶 极限氧指数 层状硅酸盐

聚丙烯是五大通用的塑料之一,但其极易燃烧,因此聚丙烯的推广应用离不开阻燃剂的发展。膨胀阻燃剂是一种环境友好型阻燃剂,具有低烟、低毒、无腐蚀性气体等优点。但随着添加量增大,会导致聚丙烯力学性能变差。为了提高膨胀阻燃剂阻燃效率,降低添加量,本文针对膨胀阻燃剂特殊的阻燃机理,制备了有机化层状硅酸盐协同膨胀阻燃聚丙烯复合材料,研究了以下内容:一是采用微波剥离工艺制备16组有机改性蒙脱土,再通过熔融共混法制备了有机化蒙脱土协同膨胀阻燃聚丙烯复合材料。研究了微波剥离工艺和有机化蒙脱土用量对复合材料热稳定性能和结晶性能的影响,并测试了其燃烧性能,最后通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜、能谱分析仪等探讨蒙脱土有机改性效果和复合材料的微观形貌,结果表明:在一定的微波剥离工艺下,能有效促进蒙脱土有机改性。有机改化蒙脱土的加入能有效降低复合材料最大热降解速率和提高残炭量,并能提高其结晶速率和结晶度。3 wt%含量有机改性蒙脱土可有效提升复合材料热稳定性和结晶性能,复合材料极限氧指数达到难燃物标准,UL-94阻燃测试为V-1级别。二是通过非等温热降解动力学和非等温结晶动力学研究了聚丙烯及其复合材料热稳定性和结晶性能对时间和升温速率等影响因素的依赖关系,结果表明:在不同升温速率下有机化蒙脱土都能提升复合材料的热稳定性,膨胀阻燃剂能有效提高聚丙烯的活化能。过快的降温速率可导致聚合物结晶不完善,膨胀阻燃剂能降低聚丙烯结晶速率和结晶度,有机化蒙脱土能提升复合材料的结晶速率和结晶度。三是采用微波剥离工艺制备了四种不同有机改性层状硅酸盐,并通过熔融共混法制备了有机化层状硅酸盐协同膨胀阻燃聚丙烯复合材料。研究了其热稳定性能、结晶性能和燃烧性能,并通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜、能谱分析仪等探讨蒙脱土有机改性效果和聚丙烯复合材料的微观形貌,结果表明:微波剥离工艺能有效促进水滑石、粘土、蛭石和高岭土有机改性。相同含量和微波剥离工艺下,仅有机化蛭石和有机化高岭土可以提升复合材料的热稳定性能,四种有机化层状硅酸盐均能提升复合材料结晶性能,极限氧指数均达到难燃物标准,其中有机化蛭石、有机化黏土和有机化高岭土对复合材料燃烧性能提升明显,UL-94阻燃测试为V-1级别,有机化水滑石协同膨胀阻燃聚丙烯复合材料UL-94测试为HB级别。