LDH基协效阻燃剂的制备及其在聚丙烯中阻燃应用

摘要

聚丙烯（PP）因其价格低、易加工、耐化学腐蚀、电气绝缘等优点而被广泛应用于医疗、工业和日常生活等领域。然而PP具有很高的可燃性，且其在燃烧过程中通常会释放大量毒烟并产生高温熔滴，这会严重危害生态环境和人类生命财产安全，从而极大限制了PP的进一步开发应用，因此须对PP进行阻燃改性。出于保护生态环境和人类生命的考虑，燃烧时会分解出具有毒性和腐蚀性气体的卤素阻燃剂已被禁用，逐渐被安全、环保的无卤阻燃剂代替，特别是水滑石（LDH），因其理想的阻燃性能、优异的抑烟性能、可控的化学成分而备受关注。然而LDH在PP基体中易团聚，一方面难以发挥预期的阻燃性能，另一方面会严重破坏PP的机械性能，因此需要对LDH进行改性。本文制备了金属摩尔比为3:1的镍铝水滑石和镁铝水滑石，并分别采用不同的改性方法各自对其改性，制备不同水滑石基阻燃剂并将它们与PP熔融共混，结合各种化学表征手段，探讨分析了阳离子和改性剂对水滑石微观形貌、结构的影响以及改性后阻燃剂对PP机械性能和阻燃性能的影响，具体内容包括：　　（1）植酸接枝β-环糊精插层镍铝水滑石的制备及其对聚丙烯性能影响的研究：基于β-环糊精（β-CD）良好的成炭性、阻燃协效性，通过半干反应法制备了植酸改性的β-CD（PCD），再利用共沉淀法将PCD客体引入镍铝水滑石层间，制备PCD插层的镍铝水滑石阻燃剂（LDH-PCD），并制备了PP/阻燃剂复合材料（PP/LDH-PCD）。改性后的水滑石微观形貌发生了变化，生物质的引入使其在PP基体中的分散性得到优化；PP/LDH-PCD的机械性能相比PP/LDH得到了显著改善。当阻燃剂质量分数为20%时，PP/LDH-PCD的极限氧指数（LOI）值为30.3%。与纯PP相比，PP/LDH-PCD热释放速率峰值（PHRR）、总热释放量（THR）和总烟雾量（TSP）分别降低了90.81%、73.90%和69.19%，表明PA、β-CD和LDH间的协同效应可以显著改善PP的阻燃性能和抑烟性能。　　（2）十二烷基硫酸钠/硼酸复合改性镁铝水滑石的制备及其对聚丙烯性能影响的研究：为了在保持已有阻燃性能的前提下进一步降低对PP机械性能的破坏，选取十二烷基硫酸钠（SDS）和硼酸通过离子交换法对镁铝水滑石进行改性，制备有机/无机复合改性的镁铝水滑石阻燃剂（LDH-BS），并将其与PP结合制备PP/阻燃剂复合材料（PP/LDH-BS）。改性后的LDH-PCD层间距明显扩大，与PP基体的相容性得到显著改善，PP/LDH-BS的机械性能和热稳定性均优于PP/LDH。当阻燃剂质量分数为20%时，PP/LDH-BS的LOI值为30.9%。与纯PP相比，PP/LDH-BS的PHRR、THR和TSP分别降低了95.80%、95.85%和51.42%，表明SDS/硼酸改性后的LDH可以赋予PP优异的阻燃和抑烟性能。

目录