线性低密度聚乙烯无卤阻燃体系及其协效作用的研究

【摘要】： 在聚乙烯(PE)阻燃领域,最具发展前途的无机阻燃剂是以Al(OH)3和Mg(OH)2(MH)为代表的金属氢氧化物阻燃剂。这类阻燃剂具有绿色环保、来源广泛的优点。但是MH因其阻燃效率较低存在添加量大的弊病,这会严重损害材料的力学性能、加工性能、电绝缘性能。因此,以MH为主阻燃剂,解决其阻燃效率低、对PE其他性能影响大的弱点具有重大意义。 本论文采用熔融插层法制备了线性低密度聚乙烯/有机蒙脱土(LLDPE/OMMT)纳米复合材料;研究了MH与氨基硅油(ASO)、膨胀石墨(EG)及OMMT之间的的协同阻燃作用;并采用9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和γ-(2,3环氧丙基)丙基二甲氧基硅烷(GPTMS)为原料合成了磷硅复合物(P-Si),研究了P-Si水解改性的MH对LLDPE性能的影响。采用热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫面电镜(SEM)等手段对阻燃材料进行了表征。主要研究内容和成果包括: 第一,通过熔融插层法制备了LLDPE/OMMT纳米复合材料,研究了OMMT对LLDPE性能的影响。XRD和TEM结果表明部分LLDPE分子链插层进入了OMMT层间,形成插层型LLDPE/OMMT纳米复合材料;少量OMMT能提高材料的阻燃性能,当OMMT用量为3.0wt.%时,复合材料的LOI由基体树脂的18.5%提高到23.8%,热释放速率峰值(pHRR)由基体树脂的771.9kW/m2下降为511.3kW/m2。同时,OMMT能够抑制烟的释放速率。 第二,研究了ASO、MH及OMMT对LLDPE性能的影响。发现MH、OMMT和ASO三者具有非常好的协同阻燃和抑烟效果。加入2.0wt.%的ASO,使阻燃LLDPE复合材料的pHRR和平均热释放速率(mHRR)分别降低至169.6kW/m2和86.7kW/m2,较ASO加入前下降了20.5%和10.4%,烟产生速率峰值(pSPR)和总生烟量(TSP)分别降低到0.017m2/s和0.4m2。 第三,研究了EG、MH及OMMT对LLDPE性能的影响。发现EG、MH和OMMT三者具有良好的协同阻燃和抑烟作用,当EG、MH及OMMT用量分别为6.8wt.%、27.2wt.%和1.0wt.%时,阻燃LLDPE的LOI为38.0%,达到UL-94 V-0级,其pHRR和mHRR分别为145.4kW/m2和84.8kW/m2。同时,其抑烟性能也大大改善,阻燃LLDPE的SPR和TSP大幅下降。 第四,采用DOPO、GPTMS合成了磷硅复合物(P-Si),将P-Si水解改性MH,并用改性的MH制备阻燃LLDPE复合材料。发现与未改性MH相比,改性MH具有更好的阻燃效果,当改性MH用量为40.0wt.%时,其pHRR由改性前的219.1kW/m2降至194.6kW/m2;少量OMMT与改性MH具有很好的协同阻燃作用,采用1.0wt.%OMMT与40.0wt.%改性MH阻燃LLDPE,其pHRR和mHRR下降到164.2kW/m2和88.7kW/m2。同时,P-Si能一定程度上改善阻燃LLDPE的力学性能和加工性能。