导　　师： 曾幸荣

学科专业： H0502

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 本文采用聚丙烯接技马来酸酐(PP-G-MAH)作为相容剂，通过熔融插层法制备了聚丙烯/有机蒙脱土(PP/OMMT)纳米复合材料；然后通过制备酚醛环氧树脂/有机蒙脱土(NE/OMMT)纳米复合物，与磷酸三苯酯(TPP)复配协同阻燃PP，并进一步研究了氢氧化铝、硼酸锌等无机阻燃剂对提高该体系阻燃及抑烟方面的作用，制备了具有良好阻燃性能及综合力学性能的阻燃PP。主要的研究内容和成果包括： 第一，使用PP-G-MAH作为相容剂，通过熔融插层法使PP进入十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)改性的有机蒙脱土(OMMT)层间，制备了聚丙烯/有机蒙脱土(PP/OMMT)纳米复合材料，考察了OMMT与PP-G-MAH的质量比及用量等对纳米复合材料力学性能、阻燃性能以及流变性能的影响，并用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TG)等对材料进行了表征。发现PP-G-MAH可显著改善OMMT与PP间的相容性，从而使PP的力学性能和阻燃性能得到显著提高。当OMMT和PP-G-MAH的用量分别为5WT﹪和10WT﹪的时候，XRD和TEM结果显示大部分OMMT在PP基体中达到剥离，纳米复合材料的冲击强度为5.21KJ/M2，比纯PP提高了74﹪；热释放速率峰值(PHRR)和平均热释放速率(MHRR)分别下降到491KW/M2和286KW/M2，比纯PP降低42﹪和30﹪。随着剪切速率的增加，PP/OMMT纳米复合材料的表观粘度的下降幅度比纯PP更显著；当剪切速率大于4.9S-1时，PP/OMMT纳米复合材料的表观粘度高于纯PP；但当剪切速率大于4.9S-1时，其表观粘度显著低于后者。在相同的角速度下，PP/OMMT纳米复合材料具有比纯PP更高的G′、G″和较低的TANδ，OMMT用量大的PP/PP-G-MAH/OMMT纳米复合材料有较高的G′、G″和较小的TANδ。TG结果显示，PP/PP-G-MAH/OMMT的外推起始失重温度为295.8℃，最大失重温度为406.0℃，在411.3℃失重结束，分别比PP/PP-G-MAH高26.0℃、55.8℃和38.6℃，说明纳米级分散的OMMT可显著提高PP的热稳定性。 第二，通过使环氧树脂(EPOXY)插层进入OMMT层间制备了环氧树脂/有机蒙脱土纳米复合物(EPOXY/OMMT)，并与磷酸三苯酯(TPP)复配制备了阻燃PP。考察了环氧树脂种类及其纳米复合物与TPP的质量比和用量、OMMT与酚醛环氧树脂(NE)的质量比等对PP阻燃性能、力学性能和流变性能的影响，通过XRD、TEM、SEM对材料进行了表征。发现酚醛环氧树脂/有机蒙脱土纳米复合物(NE/OMMT)与TPP对PP有很好的协同阻燃作用，在NE/OMMT和TPP用量分别为13.33WT﹪和6.67WT﹪，OMMT与NE的质量比为5∶100的时候，阻燃PP的综合性能最佳，其氧指数达到36.5﹪，PHRR下降到654KW/M2，冲击强度为6.93KJ/M2，拉伸强度为30.56MPA。XRD及TEM结果表明当OMMT与NE的质量比低于10∶100的时候，大部分OMMT能够在PP基体中剥离。随着剪切速率的升高，用NE/OMMT-TPP阻燃的PP表观粘度下降幅度比仅加入NE-TPP的阻燃PP更为显著；当剪切速率大于15.6S-1时，其表观粘度高于仅加入NE-TPP的阻燃PP；但是当剪切速率大于15.6S-1时，其表观粘度显著低于后者。随着角速度的增大，阻燃PP的G′和G″都显著增大，而TANδ有所下降。在同样的角速度下，用NE/OMMT-TPP制得的阻燃PP比仅仅加入NE-TPP的阻燃PP具有更高的G′、G″和较低的TANδ。 第三，用FT-IR对经过不同温度处理的NE/OMMT和NE/OMMT-TPP进行了表征，研究了NE、NE/OMMT与TPP在高温下的相互作用，并借助TG探讨了NE/OMMT-TPP对PP的阻燃机理。结果显示TPP的挥发被NE/OMMT纳米复合物明显抑制，提高了阻燃效率。用NE/OMMT-TPP阻燃的PP的外推起始失重温度为352.6℃，比纯PP及由NE-TPP制得的阻燃PP分别高51.8℃和31.7℃。在燃烧受热过程中，TPP分解出的磷酸与NE分解出的羧酸发生作用，在生成的苯基酯等中间产物逸出后，残留下具有较高热稳定性的炭层；同时在基体中呈纳米级分散的OMMT片层在在燃烧时能形成阻隔层，两者互为补充，起到隔热、隔氧以及阻止内部可燃性挥发物质向燃烧表面迁移，使PP呈现良好的阻燃性能。 最后，在NE/OMMT-TPP阻燃PP体系中加入氢氧化铝、硼酸锌等无机阻燃剂，考察了它们在提高PP阻燃和抑烟方面的作用及对材料加工流变性能的影响。发现当NE/OMMT与TPP的总用量为10WT﹪时，20WT﹪的氢氧化铝或4WT﹪的硼酸锌的加入，可使阻燃PP的氧指数分别达到30.0﹪和31.5﹪；PHRR分别为438KW/M2和534KW/M2，比加入前下降49﹪和38﹪；烟雾释放总量由36.92M2分别下降到25.40M2和19.70M2，并且保持良好的力学性能和加工性能。

关 键 词： 纳米复合材料 有机蒙脱土 阻燃剂 阻燃聚丙烯

分 类 号： [TB332 TQ175.7]

领　　域： [一般工业技术] [化学工程]