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在聚乙烯(PE)阻燃领域,最具发展前途的无机阻燃剂是以Al(OH)3、Mg(OH)2为代表的金属氢氧化物阻燃剂。这类阻燃剂具有绿色环保、来源广泛的优点,在实现阻燃的同时还能有效地节约石油等不可再生资源。但是,Al(OH)3、Mg(OH)2因阻燃效率较低存在添加量大的弊病,这会损害材料的力学性能、电绝缘性能以及加工性能。因此,以金属氢氧化物阻燃剂为核心,解决其阻燃效率低,对PE其它性能影响大的弱点具有重大意义。
本研究从金属氢氧化物(MAH)的协效阻燃和表面处理两个方面来提高线性低密度聚乙烯(LLDPE)的阻燃性能。
本研究首先采用相对廉价的原料和温和的反应条件合成了苯氧基环三磷腈(PCPZ),系统研究了PCPZ对LLDPE及LLDPE/MAH共混物阻燃性能及其它性能的影响,并对其与金属氢氧化物的协同阻燃机理进行了分析。MAH与PCPZ总用量为50wt%,PCPZ用量在0~5wt%范围内,PCPZ与MAH的协效阻燃作用明显,当其用量达到5wt%时LLDPE/MAH/PCPZ共混物可达到V—0级。随PCPZ用量的增加,LLDPE/MAH_/PCPZ共混物的熔融流动性能明显改善,熔体流动速率(MFR)增加,熔融扭矩降低。
将MAH与PCPZ复配用于LLDPE的阻燃,PCPZ分解产物与MAH分解产物结为一体,形成了表面孔洞数量和尺寸均减小的毯状炭层结构,提高了共混物的残炭率和阻燃性能。
本文采用自行设计合成的有机硅阻燃剂(org—Si)对MAH进行表面预处理得到SMAH,对比研究了LLDPE/MAH/org—Si、LLDPE/SMAH的阻燃及其它性能。研究表明,两类共混物的阻燃性能均先随org—Si用量的增加而上升,再随其用量的增加而下降。锥形量热仪研究表明,org—Si对MAH的预处理主要提高了共混物的凝聚相阻燃性能,而对气相阻燃的作用较小。org—Si的加入对两类共混物结晶度的影响不明显。随org—Si用量的增加,两类共混物的MFR值增加,熔融扭矩降低。
在此基础上,以合成org—Si的原料,即硼酸、γ-(膦酸二乙酯基)丙基甲基二乙氧基硅(γ-PSi)、二苯基二羟基硅作为混合单体对MAH进行原位预处理,制备新型表面改性金属氢氧化物SMMAH,系统研究了单体组成及用量对聚乙烯的阻燃性能及其它性能的影响。当混合单体中硼酸、γ-PSi、二苯基二羟基硅质量比为5:45:50时,所得SMMAH的LLDPE/SMMAH共混物综合性能较好。
以质量比为5:45:50的硼酸、γ-PSi、二苯基二羟基硅作为混合单体预处理MAH得SMMAH。保持SMMAH总量为50%,随混合单体用量增加LLDPE/SMMAH共混物的极限氧指数(LOI)值由不含混合单体时的27.0%增加至使用5.0wt%混合单体后的34.5%,混合单体用量为5.0wt%时共混物能够通过UL—94 V—0测试。当混合单体用量超过5.0wt%后,LOI值下降且LOI协效指数变为负值,即混合单体与MAH之间没有协同效果。混合单体使用量为5wt%时LLDPE/SMMAH能够通过UL—94 V—0级测试,共混物的拉伸强度较佳,约为LLDPE/MAH共混物的1.9倍,断裂伸长率约为LLDPE/MAH共混物的1.2倍。