聚丙烯(PP)具有、易成型加工、耐化學(xué)腐蝕性好、綜合力學(xué)性能優(yōu)良及等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于化工、建筑、家電、包裝、汽車等領(lǐng)域但由于純PP樹脂極限氧指數(shù)(LOI)低只有17%左右,本身易燃,燃燒時(shí)發(fā)熱量大,燃燒速度快,并易產(chǎn)生熔滴,從而限制了其應(yīng)用,因此對其阻燃化研究就顯得尤為重要。
隨著人們安全和環(huán)保意識的增強(qiáng),在塑料阻燃領(lǐng)域越來越重視綠色環(huán)保的無鹵阻燃體系。常用的工業(yè)化綠色環(huán)保無鹵阻燃劑主要為氫氧化鎂(MH)和氫氧化鋁(ATH)等金屬水合物。但是該類金屬水合物表面極性很強(qiáng),親水疏油,與非極性材料親和性差,直接添加到高聚物中分散性及相容性差,在聚合物基體中難以均勻分散,容易團(tuán)聚,界面難以形成良好的黏結(jié),并且需要添加到質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%以上才能達(dá)到良好的阻燃效果,這就地劣化了阻燃PP的力學(xué)性能。解決該問題的主要方法是對金屬水合物進(jìn)行表面改性,并盡量細(xì)化阻燃劑粒徑,添加界面相容劑等。
表面改性是指用物理、化學(xué)方法對粒子表面進(jìn)行處理,有目的地改變粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì),如表面原子層結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)、表面疏水性、電性、化學(xué)吸附和反應(yīng)特性等。這樣各種表面改性劑與顆粒表面化學(xué)反應(yīng)和表面覆處理改變顆粒的表面狀態(tài),提高表面活性,從而改善或改變粉體的分散性、和高分子材料的相容性等。常用的表面改性劑有脂肪酸及其衍生物,如油酸、硬脂酸等,偶聯(lián)劑,高分子材料等。表面改性的方法有干法和濕法等。干法是粉體在加工過程中,利用高速混合機(jī),在粉體表面包裹一層改性劑。濕法表面處理是直接把表面處理劑或分散劑加入無機(jī)阻燃劑懸浮液中,進(jìn)行表面處理。
填料的加入不僅可以降低成本,而且可以改善制品力學(xué)性能、加工性能或其他性能。電纜中使用的填料大多數(shù)為礦物性填料,其中數(shù)量大的就是碳酸鈣,這幾乎是聚氯乙烯電纜料中的成分之一。隨著人們安全意識的提高,對電纜阻燃要求也就越來越高,但碳酸鈣不阻燃,所以人們也就需要研究更多的具有阻燃型的填料。
成炭劑在聚合物阻燃中有重要的作用,常用的成炭劑,如季戊四醇等,與聚合物相容不好、加工溫度低、影響材料性能,且多元醇易水解,加入后增加了材料的吸水性,由于多元醇存在上述問題,限制了阻燃材料的應(yīng)用,因此開發(fā)新型成炭劑成為阻燃材料一個(gè)十分重要的領(lǐng)域。
這種納米結(jié)構(gòu)和形態(tài)特性不同于其他二維、三維無機(jī)納米粒子,從而賦予聚合物/蒙脫石復(fù)合材料以一些的機(jī)械性能,熱性能,功能性能和其他的物理性能。已有的實(shí)踐結(jié)果表明聚合物/蒙脫石納米復(fù)合材料,機(jī)械性能明顯提高,例如拉伸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度提高20-50%,模量提高1-2倍;摩擦系數(shù),耐磨性提高1倍。熱變形溫度,結(jié)晶聚合物(如PA)提高80-90℃,非結(jié)晶聚合物提高10-30℃;熱膨脹系數(shù)減少約40%,材料的吸濕速度降低50%,尺寸穩(wěn)定性提高提高2-5倍;水蒸氣、O2、CO2紫外光透過率降低到1/2至1/5;熱釋放速度明顯延緩,阻燃性顯著提高,熔融流動性增加,成型收縮率降低,加工性能改善;復(fù)合材料的比重與單一聚合物相近,比常規(guī)無機(jī)填料改性的聚合物比重降低20-30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脫石納米復(fù)合材料成為新一代高阻隔性包裝材料,高強(qiáng)度輕量化工程材料,高阻燃絕緣電器材料和抗疲勞彈性體材料。