納米氫氧化鎂復(fù)合阻燃聚烯烴材料的研究劉啟明,李良波2(.南京工業(yè)大學(xué),江蘇南京211816;2.濟(jì)南大學(xué)化工學(xué)院山東濟(jì)南250022)摘要:研制了納米氫氧化鎂為主和十渙聯(lián)笨醚、珪烷偶聯(lián)劑復(fù)配阻燃劑與聚烯烴(PP、HDPE)的填充共混復(fù)合材料,實(shí)驗(yàn)研究了復(fù)配阻燃劑的用量對(duì)復(fù)合共混材料力學(xué)性能和阻燃性能的影響以及氧化聚乙烯共混材料的機(jī)械性能和阻燃性能。結(jié)果表明,復(fù)配阻然劑含量增加對(duì)材料的拉伸強(qiáng)度有較明昰的影響,填料在20份以內(nèi)對(duì)材料的缺口沖擊強(qiáng)度影響較小。復(fù)配阻燃劑顯著提高了材料的阻燃性能,在含量為20PHR時(shí),PP氧指數(shù)達(dá)到27,25PHR時(shí)HDPE氧指數(shù)達(dá)到27,垂直燃燒FV-1級(jí),微量發(fā)煙。氯化聚乙烯和珪氧烷處理的納米氫氧化鎂的隨著含量變化,阻燃性能和抗沖擊性能有所改善。關(guān)鍵詞:納米氫氧化鎂;復(fù)合阻燃;聚烯烴;氟化聚乙烯;共混材料中圖分類號(hào):TU551文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-1324(2008)06-0043-04隨著建筑業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步以及國(guó)家“以塑右的鹵系阻燃劑燃燒發(fā)煙量大,且釋放出的鹵化氫代鋼”政策的逐步深入,工程用通用塑料越來(lái)越多氣體具有強(qiáng)腐蝕性,易造成二次危害。所以開發(fā)非的進(jìn)入社會(huì)生活中。目前,在市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛鹵化低有害化和低煙化,高效易用,經(jīng)濟(jì)合理的無(wú)的聚烯烴類高分子材料,比如PP、PP-R、HDE等機(jī)阻燃材料在近年來(lái)是發(fā)展的重點(diǎn)。工程用通用塑料就是這類材料,這些材料雖然有許金屬氫氧化物作為目前迅速發(fā)展起來(lái)一類無(wú)機(jī)多優(yōu)點(diǎn),但幾乎所有聚烯烴材料的阻燃性能都不夠阻燃劑具有無(wú)毒、無(wú)腐蝕、不產(chǎn)生有毒氣體等優(yōu)點(diǎn)理想,極限氧指數(shù)低,易燃、燃燒時(shí)發(fā)煙量大、融滴嚴(yán)因而被稱為綠色環(huán)保型阻燃劑,作為金屬氫氧化物重容易引起火災(zāi)等缺點(diǎn)嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步的發(fā)的氫氧化鎂,是無(wú)機(jī)添加型無(wú)毒阻燃劑,具有阻燃,展。目前,占到聚合物阻燃改性技術(shù)總用量80%左消煙,填充等多重性,但其添加量通常在60%以上表4納米助劑加量對(duì)耐沾污性的影響4結(jié)語(yǔ)納米助劑添加量/%耐沾污性/%通過(guò)上述實(shí)驗(yàn),在優(yōu)化乳液配比的基礎(chǔ)上,添加26.60遮蓋聚合物和納米助劑,既滿足了JC/T172-20050.1對(duì)彈性乳膠漆的性能要求,又使耐沾污性得到了大0.218.80幅的提高,滿足了實(shí)際使用的需要。0.315.28參考文獻(xiàn):12,6[1]陸昊,石宗利河北化工:彈性外墻乳膠漆耐沾污性的研添加了0.4%的納米助劑,耐沾污性得到大幅究進(jìn)展提高。繼續(xù)添加,在涂膜干燥一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)重[2]林宣益乳膠漆北京:化學(xué)工業(yè)出版社:,205,5:345-涂困難所以不宜再加入更大量。中國(guó)煤化工CNMHG:2008-11-12)《山東建材》==2008年第6期才能達(dá)到較好的阻燃效果,而高填充量將嚴(yán)重影響→塑化造?！鷶D出成型-→冷卻定型→管材→水壓試驗(yàn)材料的物理機(jī)械性能。氫氧化鎂納米化后阻燃效果1.4性能測(cè)試和對(duì)材料的力學(xué)性能有更好的表現(xiàn),但其較高的表拉伸強(qiáng)度按照GB1040-79,在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)面能使其極容易團(tuán)聚在一起,在非極性的聚烯烴中上進(jìn)行,拉伸速度為25mm/min;沖擊強(qiáng)度按照很難混合均勻,并且制成的成品在空氣中易變質(zhì)出GB1048-79在CJ-4型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行;氧指數(shù)現(xiàn)白斑,本研究使用硅烷偶聯(lián)劑來(lái)提高氫氧化鎂的按照GB/T2406-93在HC-2氧指數(shù)測(cè)定儀上測(cè)分散性。考慮到阻燃要求和體系的兼容性能,體系定;使用本生燈燃燒材料試樣觀察發(fā)煙狀況。管材中使用了氯化聚乙烯(CPE),其本身屬于聚合物阻的液壓試驗(yàn)按照GB6l-85進(jìn)行。燃成分,也具有比較好的相容性與加工流變性能。以無(wú)機(jī)納米粉體為主采用復(fù)合阻燃體系(氫氧實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論化鎂:十溴聯(lián)苯醚:硅烷=20:4:1)對(duì)聚合物進(jìn)行復(fù)2.1CPE含量與PP材料體系力學(xué)性能的關(guān)系合改性,為聚烯烴增強(qiáng)、增韌和和阻燃綜合改性提供使用一定含量納米Mg(OH)2的PP共混體系,了一條新的技術(shù)路線。本研究使用了納米級(jí)的氫氧改變體系中CPE的含量,得到共混體系的機(jī)械性化鎂粉體為主,以十溴聯(lián)苯醚為輔助按照一定比例能結(jié)果見圖1圖2。隨著CPE含量的增加,材料組成復(fù)合阻燃劑,再經(jīng)過(guò)一定含量的硅烷處理,不僅的拉伸強(qiáng)度有所降低,在較高的含量范圍時(shí),其降幅能使粉體在聚合物中更好的分散和互容,能夠抑制較低含量范圍更明顯,其原因可以歸結(jié)為PP與團(tuán)聚的發(fā)生,也是提高材料阻燃和機(jī)械性能的有效CPE之間的相溶性的變化。由于CPE相對(duì)于PP屬方法。于彈性成分能夠吸收沖擊能量,具有的提高材料韌1試驗(yàn)部分性的作用。對(duì)缺口沖擊試樣和無(wú)缺口沖擊試樣的增韌效果均較顯著。1.1試驗(yàn)用原料聚丙烯P,1300,燕山石化;HDPE2480,齊魯石化公司;納米Mg(OH)2,平均粒徑小于100納米,實(shí)驗(yàn)室采用鹵水一氨沉淀法制備工藝;CPEw(Cl)=6%,濰坊亞星化工;硅烷偶聯(lián)劑A-172,上海威科化工公司;有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑,TV8831,美國(guó);十溴聯(lián)苯醚,工業(yè)級(jí),山東海化阻燃劑廠抗氧劑,168,1010,氣巴公司,美國(guó)。1.2儀器與設(shè)備CPE[]雙輥混煉機(jī):sK-160型,上海橡塑機(jī)械廠;密圖1CPE含量對(duì)PP材料體系拉伸強(qiáng)度的影響煉塑化儀:XSM-1/20型,上海輕機(jī)模具廠;壓力成型機(jī):45t,青島橡膠機(jī)械廠;電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)□日機(jī):WD-10E型,美國(guó) ALASBPI公司;沖擊試驗(yàn)機(jī)XCG-4型,承德試驗(yàn)機(jī)廠;熔體流動(dòng)速率(MFR)儀:μPXRZ-400C型,吉林大學(xué)科教儀器廠;制樣機(jī):zHY-W型,承德試驗(yàn)機(jī)廠;氧指數(shù)測(cè)定儀:HC2型,南京江寧實(shí)驗(yàn)儀器廠。1.3試驗(yàn)流程納米粉體Mg(OH)2的硅烷偶聯(lián)劑改性→聚烯烴與CPE及其助劑的共混中國(guó)煤化工→共混→塑化→試樣成型→測(cè)試CNMHG口沖擊強(qiáng)度的影響2008年第6期=《山東建材》22CPE含量與HDPE材料體系力學(xué)性能的關(guān)系復(fù)合阻燃劑的用量與材料拉伸強(qiáng)度之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。從圖中可見材料的拉伸強(qiáng)度能隨復(fù)合阻燃劑含量的增加而降低,B和C相比較說(shuō)明含有A172的復(fù)合阻燃劑有利于保持一定的拉伸強(qiáng)度。材料的缺口沖擊強(qiáng)度與復(fù)合阻燃劑的含量的關(guān)系見圖4,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明納米級(jí)的氫氧化鎂在一定的含量范圍內(nèi)對(duì)HDPE材料的韌性沒有影響。并且,A172能夠提高復(fù)合阻燃HDPE材料的抗沖擊性Copound Buming Retardant(PHR]能。圖5復(fù)合阻燃劑含量對(duì)PP材料體系拉伸強(qiáng)度的影響CPEPHR]Compound Burning Retardant PHR圖3CPE含量對(duì)HDPE材料體系拉伸強(qiáng)度的影響圖6復(fù)合阻燃劑含量對(duì)PP材料沖擊強(qiáng)度的影響上mm]EPR]圖4CPE含量對(duì)HDPE材料體系沖擊強(qiáng)度的影響圖7復(fù)合阻燃劑對(duì)HDPE材料體系拉伸強(qiáng)度的影響23復(fù)合阻燃劑對(duì)PP體系機(jī)械性能的影響材料體系中納米Mg(OH)2復(fù)合阻燃劑的含量與拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的關(guān)系如圖5與圖6所示,隨著復(fù)合阻燃劑含量的增加,材料的拉伸強(qiáng)度略有下-C Slanemoxh fiod降。材料體系的抗沖擊強(qiáng)度由于隨著Mg(OH)2復(fù)合阻燃劑量的增加而提高。24復(fù)合阻燃劑與HDPE材料力學(xué)性能的影響(B型:氫氧化鎂:十溴聯(lián)苯醚=10:2,C型:氫氧化鎂:十溴聯(lián)苯醚:A72=20:4:1)中國(guó)煤化工d叫CNMHG系沖擊強(qiáng)度的影響《山東建材》2008年第6期45該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明納米氫氧化鎂在一定的含量范從表3可見材料的流動(dòng)性能隨著復(fù)合阻燃劑含圍內(nèi)對(duì)HDPE材料的韌性影響很小,在大量加入后量的增加而下降,當(dāng)含量達(dá)到20份時(shí),熔體的流動(dòng)導(dǎo)致材料沖擊強(qiáng)度降低。并且,A-172能夠提高復(fù)指數(shù)為0.48,由于適合加工普通聚乙烯管材的合阻燃HDPE材料的抗沖擊性能。HDPE熔融指數(shù)要求為0.20-7g/10min。所以此硅烷改性成分對(duì)材料力學(xué)性能的改善可以作如熔融指數(shù)符合擠出工藝對(duì)流動(dòng)度的要求。下解釋。一般認(rèn)為氫氧化鎂在聚烯烴類樹脂當(dāng)中2.7PP管材制品的性能的分散缺少化學(xué)極性匹配的推動(dòng)力,難以均布分散,使用PP/CPE/硅烷改性納米Mg(OH)2復(fù)合阻硅烷類改性成分能夠增加氫氧化鎂和聚烯烴分子之燃劑/其他助劑的共混材料體系,經(jīng)過(guò)塑化造粒,經(jīng)間的作用力從而提高分散效果。氫氧化鎂以均過(guò)單螺桿擠出機(jī)擠出和真空定型制造出外徑25mm布狀態(tài)分散于聚合物樹脂中,分子之間作用力相對(duì)的管材。在常溫下進(jìn)行水壓試驗(yàn)經(jīng)過(guò)連續(xù)2小時(shí)提高,在外部載荷或外力作用時(shí),材料內(nèi)部的各個(gè)界環(huán)應(yīng)力保持16MPa,無(wú)破裂、無(wú)滲漏。該項(xiàng)指標(biāo)達(dá)面在力場(chǎng)作用下發(fā)生應(yīng)力集中的幾率相對(duì)減少;再到了ISO/Ds15874-199的要求。者,可能由于使用的氫氧化鎂為超微細(xì)粒度,并且顆粒呈纖維狀鏈長(zhǎng)度與填料的顆粒形體差別減少,因3結(jié)論此材料內(nèi)部某種缺陷存在與外力作用下擴(kuò)展的可能經(jīng)過(guò)硅烷改性的納米粉體Mg(OH)2復(fù)合阻燃性也降低所以材料的力學(xué)性能得到了改善。劑能有效的增加聚烯烴材料的阻燃作用,也能夠降2.5材料的阻燃性能低材料燃燒產(chǎn)生的煙霧。CPE在有效提髙聚烯烴和在P,HDPE和CPE的復(fù)合體系中加入經(jīng)過(guò)硅納米Mg(OH)2復(fù)合共混材料體系的韌性的同時(shí),烷改性的納米氫氧化鎂測(cè)定不同含量的復(fù)合材料明顯降低了材料體系的拉伸強(qiáng)度。納米粉體Mg的氧指數(shù),見表1和表2。結(jié)果顯示材料中使用硅(OH)2能夠改善體系的沖擊強(qiáng)度也使得材料體系烷改性的納米氫氧化鎂復(fù)合阻燃劑可以有效地提高的拉伸強(qiáng)度有所降低。材料的流動(dòng)性也能滿足管材材料的阻燃性能,也可以減少燃燒產(chǎn)生的煙霧。擠出工藝的要求,該材料體系制成的管材符合有關(guān)表1復(fù)合阻燃劑含量與PP材料阻燃性能之間的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)的要求。Mg(OH)2含量0121620參考文獻(xiàn):材料的氧指數(shù)2122232452627燃燒煙霧量較濃明顯較低低較少[]李良波孟平蕊PP/CPE/納米Mg(OH)2復(fù)合材料的研究[J].合成樹脂與塑料,2003,20(5):33-34,39表2復(fù)合阻燃劑含量與HDPE材料阻燃性能之間的關(guān)系[2]孟平蕊,李良波解竹柏,等超細(xì)氫氧化鎂在HDPE與Mg(OH)2含量051015202530CPE共混材料中的應(yīng)用研究[J濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科材料的氧指數(shù)1819.52224252628學(xué)版),2003,17(4):380-382.燃燒煙霧量較濃明顯較低低較少少少[3] Walter E. Driver Plastics Chemistry and Technology VanNostrand Reinhold Company, New York, 1979: 732.6材料的流動(dòng)性能的測(cè)定(收稿日期:2008-11-19)為了評(píng)價(jià)材料的工藝性能,測(cè)定了材料的加工流動(dòng)性能,結(jié)果見表3。表3復(fù)合阻燃劑含量對(duì)HDPE材料體系流動(dòng)性的影響阻燃劑含量(PHR)05101520熔體指數(shù)(g/10min)0.90.850.70.600.48(190℃2.16kg)中國(guó)煤化工CNMHG2008年第6期《山東建材》