聚丙烯/氢氧化镁/POE三元无卤阻燃复合材料的研究

摘要

随着汽车和电子电器行业的发展，阻燃聚丙烯的需求量将保持快速增长。尽管卤系阻燃剂效率高、用量低，对材料的力学、加工性能影响小，但在燃烧时生成大量的烟雾和有毒且具有腐蚀性的气体，可导致对人体呼吸道和其它器官的危害。随着环保安全意识的增强，越来越多的国家已制定出相关法律要求在某些行业禁止或限制使用卤系阻燃剂。因此，无卤、高效、绿色环保的阻燃材料和阻燃技术正成为全球研究的热点。氢氧化镁(Mg(OH)2)无毒且价廉，是目前广泛用作高分子材料无卤阻燃剂，但作为一种无机阻燃剂，和高聚物的相容性差，阻燃效率低，一般填充量为40～60％才能有较理想的阻燃效果，严重劣化了材料的力学和加工性能。针对上述问题，本课题以氢氧化镁为阻燃剂、乙烯-1-辛烯共聚物(POE)为增韧剂，在同向双螺杆挤出机上采用熔融共混法成功制备了阻燃性能优良、力学性能良好的无卤阻燃聚丙烯材料。系统研究了PP/Mg(OH)2/POE复合材料的阻燃性能、力学性能、流变性能和结晶性能等。主要研究成果有：
　　1.当PP/Mg(OH)2=100:120时，PP/Mg(OH)2复合材料氧指数为29.5，而冲击强度急剧下降为5.25kJ/m2，基本失去了应用价值；PP/Mg(OH)2/POE=100/120/30%的体系的氧指数为28.1，冲击强度达到36.5kJ/m2。从SEM照片可以发现POE的加入有助于Mg(OH)2在PP基体中的分散。
　　2.用毛细管流变仪考察了PP/Mg(OH)2/POE复合材料的流变性能。PP/Mg(OH)2/POE三元复合材料的非牛顿指数小于1，其熔体表现为假塑性流体。Mg(OH)2的加入使得PP/Mg(OH)2二元共混体系粘度增加，而随着 POE的加入三元复合材料的表观黏度呈现逐渐减小的现象，这是由于POE在共混体系里充分分散可以有效地降低Mg(OH)2颗粒与PP基体之间的摩擦，而使得表观黏度下降。PP/Mg(OH)2/POE复合材料的粘流活化能随着POE含量的增大而略有下降但变化不大，说明PP/MH/POE复合材料对温度敏感性不强，因而加工过程中可以选择较宽的加工温度，易于成型加工。
　　3.采用差示量热扫描仪（DSC）研究了PP/Mg(OH)2/POE复合材料的结晶过程，采用多种经典方程或理论分析了等温和非等温结晶动力学。等温结晶动力学研究表明：Avrami方程可以很好的描述PP/Mg(OH)2/POE复合材料的等温结晶行为，Mg(OH)2与POE的加入起到了异相成核的作用，提高了PP的结晶成核速率；PP及PP/Mg(OH)2/POE体系的晶体生长都为二维盘状生长和三维球状生长并存的方式。由Hoffman-Weeks理论得出POE加入后体系的平衡熔点低于纯PP的。
　　非等温结晶动力学研究表明：Ozawa理论不适用于描述PP/Mg(OH)2/POE复合材料的非等温结晶过程，而修正的Avrami方程和Mo法能够很好的处理此过程。Mg(OH)2和POE提高了材料的结晶成核速率，但是并没有改变 PP基体的成核和晶体生长规律。由Hoffman-Lauritzen理论及其推论得到的数据表明POE的加入降低了垂直于分子链方向的折叠自由能和所对应结晶温度时的结晶活化能。

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主要符合表

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 聚丙烯的阻燃改性研究

1.3 聚丙烯的增韧改性研究

1.4 本课题的提出、目的及意义

1.5 本课题的研究工作

第二章 PP/Mg(OH)2/POE三元无卤阻燃复合材料的制备及表征

2.1 前言

2.2 实验原料

2.3 实验设备

2.4 PP/Mg(OH)2/POE复合材料的制备

2.5 PP/Mg(OH)2/POE复合材料的表征

2.6 结果与讨论

2.7 本章小结

第三章 PP/Mg(OH)2/POE复合材料流变行为的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果分析与讨论

3.4 本章小结

第四章 PP/Mg(OH)2/POE复合材料的结晶行为研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

硕士期间发表和待发表的论文

致谢