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作为五大通用塑料之一,聚丙烯(PP)应用广泛,但同时易燃且生烟量大。PP的阻燃中经常使用成炭性优异且无毒的膨胀型阻燃剂(IFR),但是少量的IFR起不到较好的阻燃作用,而较多的IFR又会对材料的力学性能造成负面影响,所以通常会在IFR中添加阻燃协效剂以提高阻燃效率,降低阻燃剂添加量。常见的协效剂有蒙脱土、高岭土、分子筛等,其中分子筛的离子交换性能使其催化性能更具可控性,故本文采用多种方式方法对4A分子筛进行改性,探索不同的改性方法对分子筛协效阻燃以及PP复合材料综合性能的影响。本课题首先采用NH4+离子交换并煅烧,将Lewis酸引入到分子筛中得到4A-L分子筛,通过X射线衍射分析(XRD)和傅里叶红外光谱分析(FT-IR),发现离子交换对分子筛的结晶性及主要结构单元都没有影响,而煅烧后的分子筛结晶度降低,部分红外振动峰发生偏移或降低。本文提出了Lewis酸性点的形成过程和机理：引入到分子筛中的NH4+替换了分子筛晶格中的Na+,之后经过高温煅烧,NH4+脱除形成氨气,原NH4+所在的位置形成Lewis酸性点,但分子筛的骨架结构并没有完全破坏。将4A和4A-L分子筛分别加入到纯PP和PP/IFR体系中,采用氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和锥形量热测试对PP复合材料的燃烧行为进行分析,结果表明4A-L与IFR之间存在良好的协效阻燃效果；通过对复合材料的热失重分析(TGA)、凝聚相产物的FT-IR分析、残炭扫描电镜(SEM)观测,发现4A-L主要通过促进聚合物基体交联成炭来提高其阻燃效果。这是因为4A-L中的lewis酸能与PP热解后生成的芳香族化合物发生取代反应,使得链段间发生交联,进而促进了聚合物成炭。PP/IFR/4A-L(78/20/2)的LOI达到33.7%,拉伸强度为26 Mpa。其次,本课题将稀土元素镧(La)和钬(Ho)引入到分子筛中,得到4A-La和4A-Ho分子筛,以增加L酸酸性点,提高催化成炭性能。X射线荧光光谱分析(XRF)表明La和钬Ho已成功地引入到分子筛中。XRD的分析结果表明单纯的离子交换并不会明显改变分子筛的骨架结构,但其晶面间距减小、结晶度降低。TGA的结果表明4A-La分子筛的吸附作用要好于4A-Ho分子筛,可以储存更多的结晶水。LOI、UL-94和锥形量热分析结果表明4A-La与IFR间存在协效阻燃作用且生烟量降低。加入2 wt.%4A-La后复合材料的LOI最高达到32.7%,UL-94也达到V1级别,与IFR的协效率达到1.81。最后,本课题将第四周期的5种金属元素Ca、Co、Ni、Cu、Zn引入到分子筛中并通过高温煅烧得到4A-Me,制备了含有不同分子筛的5种PP/IFR体系共混复合材料。通过LOI和UL-94测试,发现PP/IFR/4A-Cu的阻燃效果最好,锥形量热分析显示4A-Cu能在燃烧初期促进基体成炭,从而达到阻燃的目的。残炭的SEM和EDS表征表明4A-Cu可以使得更多的C和N留在残炭中,使得炭层更质密更稳定,隔绝基体和氧气,阻止燃烧进一步蔓延。