納米氫氧化鎂復合阻燃聚烯烴材料的研究

納米氫氧化鎂復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.濟南大學(xué)化工學(xué)院山東濟南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)劑復配阻燃劑與聚烯烴(PP、HDPE)的填充共混復合材料,實(shí)驗研究了復配阻燃劑的用量對復合共混材料力學(xué)性能和阻燃性能的影響以及氧化聚乙烯共混材料的機械性能和阻燃性能。結果表明,復配阻然劑含量增加對材料的拉伸強度有較明昰的影響,填料在20份以?xún)葘Σ牧系娜笨跊_擊強度影響較小。復配阻燃劑顯著(zhù)提高了材料的阻燃性能,在含量為20PHR時(shí),PP氧指數達到27,25PHR時(shí)HDPE氧指數達到27,垂直燃燒FV-1級,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(zhù)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;復合阻燃;聚烯烴;氟化聚乙烯;共混材料中圖分類(lèi)號:TU551文獻標識碼:A文章編號:1003-1324(2008)06-0043-04隨著(zhù)建筑業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步以及國家“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)越多氣體具有強腐蝕性,易造成二次危害。所以開(kāi)發(fā)非的進(jìn)入社會(huì )生活中。目前,在市場(chǎng)上應用最為廣泛鹵化低有害化和低煙化,高效易用,經(jīng)濟合理的無(wú)的聚烯烴類(lèi)高分子材料,比如PP、PP-R、HDE等機阻燃材料在近年來(lái)是發(fā)展的重點(diǎn)。工程用通用塑料就是這類(lèi)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(lèi)無(wú)機多優(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,極限氧指數低,易燃、燃燒時(shí)發(fā)煙量大、融滴嚴因而被稱(chēng)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等缺點(diǎn)嚴重制約了其進(jìn)一步的發(fā)的氫氧化鎂,是無(wú)機添加型無(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納米助劑加量對耐沾污性的影響4結語(yǔ)納米助劑添加量/%耐沾污性/%通過(guò)上述實(shí)驗,在優(yōu)化乳液配比的基礎上,添加26.60遮蓋聚合物和納米助劑,既滿(mǎn)足了JC/T172-20050.1對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(mǎn)足了實(shí)際使用的需要。0.315.28參考文獻: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。繼續添加,在涂膜干燥一段時(shí)間后會(huì )出現重[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。中國煤化工CNMHG:2008-11-12)《山東建材》==2008年第6期才能達到較好的阻燃效果,而高填充量將嚴重影響→塑化造?！鷶D出成型-→冷卻定型→管材→水壓試驗材料的物理機械性能。氫氧化鎂納米化后阻燃效果1.4性能測試和對材料的力學(xué)性能有更好的表現,但其較高的表拉伸強度按照GB1040-79,在萬(wàn)能材料試驗機面能使其極容易團聚在一起,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型沖擊試驗機上進(jìn)行;氧指數現白斑,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氧指數測定儀上測分散性?？紤]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(guān)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)機納米粉體為主采用復合阻燃體系(氫氧實(shí)驗結果與討論化鎂:十溴聯(lián)苯醚:硅烷=20:4:1)對聚合物進(jìn)行復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、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(xiàn)。本研究使用了納米級的氫氧改變體系中CPE的含量,得到共混體系的機械性化鎂粉體為主,以十溴聯(lián)苯醚為輔助按照一定比例能結果見(jiàn)圖1圖2。隨著(zhù)CPE含量的增加,材料組成復合阻燃劑,再經(jīng)過(guò)一定含量的硅烷處理,不僅的拉伸強度有所降低,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,其原因可以歸結為PP與團聚的發(fā)生,也是提高材料阻燃和機械性能的有效CPE之間的相溶性的變化。由于CPE相對于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試驗部分性的作用。對缺口沖擊試樣和無(wú)缺口沖擊試樣的增韌效果均較顯著(zhù)。1.1試驗用原料聚丙烯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;有機錫熱穩定劑,TV8831,美國;十溴聯(lián)苯醚,工業(yè)級,山東?；枞紕S(chǎng)抗氧劑,168,1010,氣巴公司,美國。1.2儀器與設備CPE[]雙輥混煉機:sK-160型,上海橡塑機械廠(chǎng);密圖1CPE含量對PP材料體系拉伸強度的影響煉塑化儀:XSM-1/20型,上海輕機模具廠(chǎng);壓力成型機:45t,青島橡膠機械廠(chǎng);電子式萬(wàn)能材料試驗□日機:WD-10E型,美國 ALASBPI公司;沖擊試驗機XCG-4型,承德試驗機廠(chǎng);熔體流動(dòng)速率(MFR)儀:μPXRZ-400C型,吉林大學(xué)科教儀器廠(chǎng);制樣機:zHY-W型,承德試驗機廠(chǎng);氧指數測定儀:HC2型,南京江寧實(shí)驗儀器廠(chǎng)。1.3試驗流程納米粉體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煤化工→共混→塑化→試樣成型→測試CNMHG口沖擊強度的影響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)系復合阻燃劑的用量與材料拉伸強度之間的關(guān)系實(shí)驗結果見(jiàn)圖3。從圖中可見(jiàn)材料的拉伸強度能隨復合阻燃劑含量的增加而降低,B和C相比較說(shuō)明含有A172的復合阻燃劑有利于保持一定的拉伸強度。材料的缺口沖擊強度與復合阻燃劑的含量的關(guān)系見(jiàn)圖4,該實(shí)驗結果說(shuō)明納米級的氫氧化鎂在一定的含量范圍內對HDPE材料的韌性沒(méi)有影響。并且,A172能夠提高復合阻燃HDPE材料的抗沖擊性Copound Buming Retardant(PHR]能。圖5復合阻燃劑含量對PP材料體系拉伸強度的影響CPEPHR]Compound Burning Retardant PHR圖3CPE含量對HDPE材料體系拉伸強度的影響圖6復合阻燃劑含量對PP材料沖擊強度的影響上mm]EPR]圖4CPE含量對HDPE材料體系沖擊強度的影響圖7復合阻燃劑對HDPE材料體系拉伸強度的影響23復合阻燃劑對PP體系機械性能的影響材料體系中納米Mg(OH)2復合阻燃劑的含量與拉伸強度、沖擊強度的關(guān)系如圖5與圖6所示,隨著(zhù)復合阻燃劑含量的增加,材料的拉伸強度略有下-C Slanemoxh fiod降。材料體系的抗沖擊強度由于隨著(zhù)Mg(OH)2復合阻燃劑量的增加而提高。24復合阻燃劑與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)中國煤化工d叫CNMHG系沖擊強度的影響《山東建材》2008年第6期45該實(shí)驗結果說(shuō)明納米氫氧化鎂在一定的含量范從表3可見(jiàn)材料的流動(dòng)性能隨著(zhù)復合阻燃劑含圍內對HDPE材料的韌性影響很小,在大量加入后量的增加而下降,當含量達到20份時(shí),熔體的流動(dòng)導致材料沖擊強度降低。并且,A-172能夠提高復指數為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熔融指數要求為0.20-7g/10min。所以此硅烷改性成分對材料力學(xué)性能的改善可以作如熔融指數符合擠出工藝對流動(dòng)度的要求。下解釋。一般認為氫氧化鎂在聚烯烴類(lèi)樹(shù)脂當中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復合阻硅烷類(lèi)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)單螺桿擠出機擠出和真空定型制造出外徑25mm布狀態(tài)分散于聚合物樹(shù)脂中,分子之間作用力相對的管材。在常溫下進(jìn)行水壓試驗經(jīng)過(guò)連續2小時(shí)提高,在外部載荷或外力作用時(shí),材料內部的各個(gè)界環(huán)應力保持16MPa,無(wú)破裂、無(wú)滲漏。該項指標達面在力場(chǎng)作用下發(fā)生應力集中的幾率相對減少;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粒度,并且顆粒呈纖維狀鏈長(cháng)度與填料的顆粒形體差別減少,因3結論此材料內部某種缺陷存在與外力作用下擴展的可能經(jīng)過(guò)硅烷改性的納米粉體Mg(OH)2復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的復合體系中加入經(jīng)過(guò)硅納米Mg(OH)2復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定不同含量的復合材料明顯降低了材料體系的拉伸強度。納米粉體Mg的氧指數,見(jiàn)表1和表2。結果顯示材料中使用硅(OH)2能夠改善體系的沖擊強度也使得材料體系烷改性的納米氫氧化鎂復合阻燃劑可以有效地提高的拉伸強度有所降低。材料的流動(dòng)性也能滿(mǎn)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復合阻燃劑含量與PP材料阻燃性能之間的關(guān)系標準的要求。Mg(OH)2含量0121620參考文獻:材料的氧指數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復合材料的研究[J].合成樹(shù)脂與塑料,2003,20(5):33-34,39表2復合阻燃劑含量與HDPE材料阻燃性能之間的關(guān)系[2]孟平蕊,李良波解竹柏,等超細氫氧化鎂在HDPE與Mg(OH)2含量051015202530CPE共混材料中的應用研究[J濟南大學(xué)學(xué)報(自然科材料的氧指數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)性能的測定(收稿日期:2008-11-19)為了評價(jià)材料的工藝性能,測定了材料的加工流動(dòng)性能,結果見(jiàn)表3。表3復合阻燃劑含量對HDPE材料體系流動(dòng)性的影響阻燃劑含量(PHR)05101520熔體指數(g/10min)0.90.850.70.600.48(190℃2.16kg)中國煤化工CNMHG2008年第6期《山東建材》