插層改性高嶺土在聚丙烯-膨脹阻燃體系的阻燃應(yīng)用及機(jī)理分析.pdf

1、聚丙烯(PP)是一種無毒、透明性好的聚合物，具有易加工、電絕緣性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建筑、電線電纜等領(lǐng)域。PP極易燃燒（極限氧指數(shù)約為17.4），燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱并且伴有熔滴滴落，在一些阻燃等級(jí)要求較高的行業(yè)其應(yīng)用受到了限制。目前，PP中應(yīng)用廣泛的阻燃劑為鹵系阻燃劑和膨脹型阻燃劑(IFR)，鹵系阻燃劑的阻燃效率高，但是在燃燒過程中會(huì)放出大量的有毒氣體;IFR具有環(huán)保、抗熔滴等優(yōu)點(diǎn)，但添加量較大才可以起到優(yōu)異的效果。一些層狀納米硅

2、酸鹽與IFR復(fù)配應(yīng)用于阻燃聚合物，能夠提高復(fù)合材料阻燃效率。
　　本文采用不同插層體成功改性高嶺土，制備了高嶺土插層復(fù)合物，并且與IFR復(fù)配使用，以降低IFR添加量、提高阻燃效率。利用X射線衍射儀(XRD)、熱失重分析(TGA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、及紅外光譜分析(FTIR)對(duì)插層改性高嶺土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征;通過錐型量熱儀（CONE）、垂直燃燒等級(jí)測試(UL-94)、極限氧指數(shù)(LOI)和TGA對(duì)PP復(fù)合材料的燃燒性能及熱穩(wěn)

3、定性進(jìn)行表征;并且利用了SEM和FTIR對(duì)殘?zhí)康慕Y(jié)構(gòu)形態(tài)和成分進(jìn)行分析。主要工作如下:
　　1.采用熔融插層法，使苯甲酰胺(Bz)和二甲基亞砜/高嶺土前驅(qū)體(K-DMSO)在高溫下反應(yīng)，將Bz插入到高嶺土層間，制備出高嶺土/苯甲酰胺插層復(fù)合物(K-Bz)。XRD結(jié)果表明Bz小分子以兩種形式存在于層間。將K-Bz和IFR復(fù)配加到PP基體中，當(dāng)K-Bz添加量為1％時(shí)，PP/IFR/1％K-Bz的LOI從PP/IFR的27.3提高到31

4、.6，同時(shí)PP/IFR/1％K-Bz的熱釋放速率峰值(pHRR)和總熱釋放量(THR)降低幅度較大。
　　2.第二部分制備了硫脲(Tu)/高嶺土插層復(fù)合物(K-Tu)，且研究其對(duì)PP復(fù)合材料阻燃性能的影響。利用甲醇(MeOH)和K-DMSO前驅(qū)體反應(yīng)，替換層間的DMSO分子制備高嶺土/甲醇復(fù)合物(K-MeOH)，最后采用Tu置換MeOH小分子，制備K-Tu。XRD表明K-Tu相對(duì)于K層間距擴(kuò)大了0.38nm。SEM和XRD表明在K

5、-Tu在PP中的分散均勻，當(dāng)1％的K-Tu代替IFR時(shí)，PP/IFR/K-Tu的UL-94能夠達(dá)到Ⅴ-1級(jí)，且能夠使pHRR和THR有效的降低。
　　3.首先，利用DMSO插層改性高嶺土，破壞層間的氫鍵，然后采用醋酸鉀(Kac)取代層間的DMSO分子，使層間距進(jìn)一步擴(kuò)大，為具有阻燃功能的甘氨酸(Gly)小分子的插層提供了有利條件。最終用Gly和第二步反應(yīng)的產(chǎn)物作用。FTIR和XRD分析表明，Gly分子插入到高嶺土層間，制備了高嶺土

6、/甘氨酸插層復(fù)合物(K-Gly)。SEM和XRD表明K-Gly形成了剝離結(jié)構(gòu)，在材料中分散均勻。當(dāng)1.5％的K-Gly代替IFR時(shí)，PP/IFR/K-Gly能使PP/IFR的LOI從27.3提高到32.9，且UL-94達(dá)到Ⅴ-0級(jí);pHRR和THR均有較大幅度的降低，并且能夠有效地抑制煙的生成。CONE測試后的殘?zhí)空掌蚐EM觀察表明K-Gly的加入使炭層更加連續(xù)、致密。TGA結(jié)果表明K-Gly能夠提高PP/IFR的熱穩(wěn)定性及最終的殘?zhí)?/p>