高抗冲聚苯乙烯/氢氧化镁无卤阻燃复合材料的改性及性能研究

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近年来,随着人们对生态环境的日益重视,无卤阻燃高分子材料的研制倍受关注。然而由于无机阻燃剂粒子与有机高分子材料基体间相容性不佳等问题,在提高了材料阻燃效果的同时,必然会使得复合材料的其它性能,如力学性能等,遭到很大损失。为了兼顾高分子材料的各方面性能,提高阻燃剂粒子在高分子基体中分散的均匀性,避免团聚,改善相容性,无疑在复合材料加工过程中至关重要。本工作针对高抗冲聚苯乙烯(HIPS)与氢氧化镁(MH)复合阻燃材料体系,采用自增容技术,首先对少量HIPS进行磺化预处理,以磺化HIPS直接作为改性剂,取代传统的聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS),制得HIPS/MH复合阻燃材料,发现高分子材料的最终阻燃及机械性能均得到有效改善。此外,本论文还通过扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)、粒径及粒径分布分析等多种表征手段,从填充阻燃剂粒子及其复合材料的形貌结构出发,分别着重研究了大分子改性剂磺化度和添加量对复合材料的改性影响,系统讨论了改性剂改性机理,建立了合理的构效关系,为实际生产提供了有益的参考。具体研究结果如下:(1)磺化度是磺化HIPS材料的重要结构参数之一,磺化度的大小决定了改性剂极性的强弱。实验结果表明:经不同磺化度的HIPS改性的HIPS/MH复合材料的力学性能均得到一定提高,且磺化度为20-30%左右制得的复合材料具有最佳综合性能,而磺化度过低或过高均不能达到改善无机粒子与高分子基体间相容性的最佳效果。磺化度过低,磺化HIPS与MH粒子作用不充分,分散性下降;而磺化度过高,改性剂极性过强,与高分子基体相容性变差,这均不利于材料性能的进一步提高。因此;改性剂磺化HIPS的磺化度应控制在一个合适的范围内;(2)针对不同磺化度HIPS改性剂,分别考察改性剂用量对材料性能影响。研究结果一致表明:磺化HIPS添加量在10%左右(相对MH添加量)制得的复合材料具有最佳综合性能,改性剂用量过小或过大,均不能表现出最佳改性效果。这是由于复合材料最终性能取决于复合材料中高分子基体与无机填充粒子间的相容性,而复合材料中两相间的相容性又与无机填充粒子本身的形貌以及改性剂有关。而改性剂的加入一方面改善了两相间的相容性,另一方面却恶化了无机填充粒子的原有形貌:使得其粒径变大,粒径分布加宽,不利于复合材料两相间相容性的提高,因此改性剂的用量应控制在一个合适的范围内,才能达到最佳效果。此外,在与使用传统SBS增韧的HIPS/MH复合材料相比,采用自增容技术,使用磺化HIPS改性剂直接改性的高分子材料在阻燃及机械性能等方面均具有明显优势;而且也大大节约了成本,完全符合实际生产应用的需要。
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