纳米氢氧化镁复合阻燃聚烯烃材料的研究

纳米氢氧化镁复合阻燃聚烯烃材料的研究刘启明,李良波2(.南京工业大学,江苏南京211816;2.济南大学化工学院山东济南250022)摘要:研制了纳米氢氧化镁为主和十涣联笨醚、珪烷偶联剂复配阻燃剂与聚烯烃(PP、HDPE)的填充共混复合材料,实验研究了复配阻燃剂的用量对复合共混材料力学性能和阻燃性能的影响以及氧化聚乙烯共混材料的机械性能和阻燃性能。结果表明,复配阻然剂含量增加对材料的拉伸强度有较明昰的影响,填料在20份以内对材料的缺口冲击强度影响较小。复配阻燃剂显著提高了材料的阻燃性能,在含量为20PHR时,PP氧指数达到27,25PHR时HDPE氧指数达到27,垂直燃烧FV-1级,微量发烟。氯化聚乙烯和珪氧烷处理的纳米氢氧化镁的随着含量变化,阻燃性能和抗冲击性能有所改善。关键词:纳米氢氧化镁;复合阻燃;聚烯烃;氟化聚乙烯;共混材料中图分类号:TU551文献标识码:A文章编号:1003-1324(2008)06-0043-04随着建筑业的发展和技术进步以及国家“以塑右的卤系阻燃剂燃烧发烟量大,且释放出的卤化氢代钢”政策的逐步深入,工程用通用塑料越来越多气体具有强腐蚀性,易造成二次危害。所以开发非的进入社会生活中。目前,在市场上应用最为广泛卤化低有害化和低烟化,高效易用,经济合理的无的聚烯烃类高分子材料,比如PP、PP-R、HDE等机阻燃材料在近年来是发展的重点。工程用通用塑料就是这类材料,这些材料虽然有许金属氢氧化物作为目前迅速发展起来一类无机多优点,但几乎所有聚烯烃材料的阻燃性能都不够阻燃剂具有无毒、无腐蚀、不产生有毒气体等优点理想,极限氧指数低,易燃、燃烧时发烟量大、融滴严因而被称为绿色环保型阻燃剂,作为金属氢氧化物重容易引起火灾等缺点严重制约了其进一步的发的氢氧化镁,是无机添加型无毒阻燃剂,具有阻燃,展。目前,占到聚合物阻燃改性技术总用量80%左消烟,填充等多重性,但其添加量通常在60%以上表4纳米助剂加量对耐沾污性的影响4结语纳米助剂添加量/%耐沾污性/%通过上述实验,在优化乳液配比的基础上,添加26.60遮盖聚合物和纳米助剂,既满足了JC/T172-20050.1对弹性乳胶漆的性能要求,又使耐沾污性得到了大0.218.80幅的提高,满足了实际使用的需要。0.315.28参考文献:12,6[1]陆昊,石宗利河北化工:弹性外墙乳胶漆耐沾污性的研添加了0.4%的纳米助剂,耐沾污性得到大幅究进展提高。继续添加,在涂膜干燥一段时间后会出现重[2]林宣益乳胶漆北京:化学工业出版社:,205,5:345-涂困难所以不宜再加入更大量。中国煤化工CNMHG:2008-11-12)《山东建材》==2008年第6期才能达到较好的阻燃效果,而高填充量将严重影响→塑化造粒→挤出成型-→冷却定型→管材→水压试验材料的物理机械性能。氢氧化镁纳米化后阻燃效果1.4性能测试和对材料的力学性能有更好的表现,但其较高的表拉伸强度按照GB1040-79,在万能材料试验机面能使其极容易团聚在一起,在非极性的聚烯烃中上进行,拉伸速度为25mm/min;冲击强度按照很难混合均匀,并且制成的成品在空气中易变质出GB1048-79在CJ-4型冲击试验机上进行;氧指数现白斑,本研究使用硅烷偶联剂来提高氢氧化镁的按照GB/T2406-93在HC-2氧指数测定仪上测分散性。考虑到阻燃要求和体系的兼容性能,体系定;使用本生灯燃烧材料试样观察发烟状况。管材中使用了氯化聚乙烯(CPE),其本身属于聚合物阻的液压试验按照GB6l-85进行。燃成分,也具有比较好的相容性与加工流变性能。以无机纳米粉体为主采用复合阻燃体系(氢氧实验结果与讨论化镁:十溴联苯醚:硅烷=20:4:1)对聚合物进行复2.1CPE含量与PP材料体系力学性能的关系合改性,为聚烯烃增强、增韧和和阻燃综合改性提供使用一定含量纳米Mg(OH)2的PP共混体系,了一条新的技术路线。本研究使用了纳米级的氢氧改变体系中CPE的含量,得到共混体系的机械性化镁粉体为主,以十溴联苯醚为辅助按照一定比例能结果见图1图2。随着CPE含量的增加,材料组成复合阻燃剂,再经过一定含量的硅烷处理,不仅的拉伸强度有所降低,在较高的含量范围时,其降幅能使粉体在聚合物中更好的分散和互容,能够抑制较低含量范围更明显,其原因可以归结为PP与团聚的发生,也是提高材料阻燃和机械性能的有效CPE之间的相溶性的变化。由于CPE相对于PP属方法。于弹性成分能够吸收冲击能量,具有的提高材料韧1试验部分性的作用。对缺口冲击试样和无缺口冲击试样的增韧效果均较显著。1.1试验用原料聚丙烯P,1300,燕山石化;HDPE2480,齐鲁石化公司;纳米Mg(OH)2,平均粒径小于100纳米,实验室采用卤水一氨沉淀法制备工艺;CPEw(Cl)=6%,潍坊亚星化工;硅烷偶联剂A-172,上海威科化工公司;有机锡热稳定剂,TV8831,美国;十溴联苯醚,工业级,山东海化阻燃剂厂抗氧剂,168,1010,气巴公司,美国。1.2仪器与设备CPE[]双辊混炼机:sK-160型,上海橡塑机械厂;密图1CPE含量对PP材料体系拉伸强度的影响炼塑化仪:XSM-1/20型,上海轻机模具厂;压力成型机:45t,青岛橡胶机械厂;电子式万能材料试验□日机:WD-10E型,美国 ALASBPI公司;冲击试验机XCG-4型,承德试验机厂;熔体流动速率(MFR)仪:μPXRZ-400C型,吉林大学科教仪器厂;制样机:zHY-W型,承德试验机厂;氧指数测定仪:HC2型,南京江宁实验仪器厂。1.3试验流程纳米粉体Mg(OH)2的硅烷偶联剂改性→聚烯烃与CPE及其助剂的共混中国煤化工→共混→塑化→试样成型→测试CNMHG口冲击强度的影响2008年第6期=《山东建材》22CPE含量与HDPE材料体系力学性能的关系复合阻燃剂的用量与材料拉伸强度之间的关系实验结果见图3。从图中可见材料的拉伸强度能随复合阻燃剂含量的增加而降低,B和C相比较说明含有A172的复合阻燃剂有利于保持一定的拉伸强度。材料的缺口冲击强度与复合阻燃剂的含量的关系见图4,该实验结果说明纳米级的氢氧化镁在一定的含量范围内对HDPE材料的韧性没有影响。并且,A172能够提高复合阻燃HDPE材料的抗冲击性Copound Buming Retardant(PHR]能。图5复合阻燃剂含量对PP材料体系拉伸强度的影响CPEPHR]Compound Burning Retardant PHR图3CPE含量对HDPE材料体系拉伸强度的影响图6复合阻燃剂含量对PP材料冲击强度的影响上mm]EPR]图4CPE含量对HDPE材料体系冲击强度的影响图7复合阻燃剂对HDPE材料体系拉伸强度的影响23复合阻燃剂对PP体系机械性能的影响材料体系中纳米Mg(OH)2复合阻燃剂的含量与拉伸强度、冲击强度的关系如图5与图6所示,随着复合阻燃剂含量的增加,材料的拉伸强度略有下-C Slanemoxh fiod降。材料体系的抗冲击强度由于随着Mg(OH)2复合阻燃剂量的增加而提高。24复合阻燃剂与HDPE材料力学性能的影响(B型:氢氧化镁:十溴联苯醚=10:2,C型:氢氧化镁:十溴联苯醚:A72=20:4:1)中国煤化工d叫CNMHG系冲击强度的影响《山东建材》2008年第6期45该实验结果说明纳米氢氧化镁在一定的含量范从表3可见材料的流动性能随着复合阻燃剂含围内对HDPE材料的韧性影响很小,在大量加入后量的增加而下降,当含量达到20份时,熔体的流动导致材料冲击强度降低。并且,A-172能够提高复指数为0.48,由于适合加工普通聚乙烯管材的合阻燃HDPE材料的抗冲击性能。HDPE熔融指数要求为0.20-7g/10min。所以此硅烷改性成分对材料力学性能的改善可以作如熔融指数符合挤出工艺对流动度的要求。下解释。一般认为氢氧化镁在聚烯烃类树脂当中2.7PP管材制品的性能的分散缺少化学极性匹配的推动力,难以均布分散,使用PP/CPE/硅烷改性纳米Mg(OH)2复合阻硅烷类改性成分能够增加氢氧化镁和聚烯烃分子之燃剂/其他助剂的共混材料体系,经过塑化造粒,经间的作用力从而提高分散效果。氢氧化镁以均过单螺杆挤出机挤出和真空定型制造出外径25mm布状态分散于聚合物树脂中,分子之间作用力相对的管材。在常温下进行水压试验经过连续2小时提高,在外部载荷或外力作用时,材料内部的各个界环应力保持16MPa,无破裂、无渗漏。该项指标达面在力场作用下发生应力集中的几率相对减少;再到了ISO/Ds15874-199的要求。者,可能由于使用的氢氧化镁为超微细粒度,并且颗粒呈纤维状链长度与填料的颗粒形体差别减少,因3结论此材料内部某种缺陷存在与外力作用下扩展的可能经过硅烷改性的纳米粉体Mg(OH)2复合阻燃性也降低所以材料的力学性能得到了改善。剂能有效的增加聚烯烃材料的阻燃作用,也能够降2.5材料的阻燃性能低材料燃烧产生的烟雾。CPE在有效提髙聚烯烃和在P,HDPE和CPE的复合体系中加入经过硅纳米Mg(OH)2复合共混材料体系的韧性的同时,烷改性的纳米氢氧化镁测定不同含量的复合材料明显降低了材料体系的拉伸强度。纳米粉体Mg的氧指数,见表1和表2。结果显示材料中使用硅(OH)2能够改善体系的冲击强度也使得材料体系烷改性的纳米氢氧化镁复合阻燃剂可以有效地提高的拉伸强度有所降低。材料的流动性也能满足管材材料的阻燃性能,也可以减少燃烧产生的烟雾。挤出工艺的要求,该材料体系制成的管材符合有关表1复合阻燃剂含量与PP材料阻燃性能之间的关系标准的要求。Mg(OH)2含量0121620参考文献:材料的氧指数2122232452627燃烧烟雾量较浓明显较低低较少[]李良波孟平蕊PP/CPE/纳米Mg(OH)2复合材料的研究[J].合成树脂与塑料,2003,20(5):33-34,39表2复合阻燃剂含量与HDPE材料阻燃性能之间的关系[2]孟平蕊,李良波解竹柏,等超细氢氧化镁在HDPE与Mg(OH)2含量051015202530CPE共混材料中的应用研究[J济南大学学报(自然科材料的氧指数1819.52224252628学版),2003,17(4):380-382.燃烧烟雾量较浓明显较低低较少少少[3] Walter E. Driver Plastics Chemistry and Technology VanNostrand Reinhold Company, New York, 1979: 732.6材料的流动性能的测定(收稿日期:2008-11-19)为了评价材料的工艺性能,测定了材料的加工流动性能,结果见表3。表3复合阻燃剂含量对HDPE材料体系流动性的影响阻燃剂含量(PHR)05101520熔体指数(g/10min)0.90.850.70.600.48(190℃2.16kg)中国煤化工CNMHG2008年第6期《山东建材》