聚丙烯-氫氧化鎂復合材料的改性、微結構與性能.pdf

1、氫氧化鎂具有阻燃、消煙、填充三大功能，作為增強和阻燃聚丙烯的無機剛性粒子更是受到研究者的廣泛關注，而技術關鍵是氫氧化鎂填料粒子在聚丙烯基體中的分散性及其界面粘結狀況。本文分別以納米、微米和晶須氫氧化鎂（MH）為填料，通過添加SEBS-g-MA 相容劑和原位乳液共聚包覆對其進行表面改性獲得改性MH（MMH），采用熔融復合方法制備了多種尺度的PP/MH復合材料和PP/MH/紅磷（P）復合材料，利用力學性能測試、動態(tài)力學分析（DMA）、熱重分

2、析（TGA）、示差掃描量熱分析（DSC）、毛細管流變儀和錐形量熱器的燃燒實驗（CCT）等測試對復合材料的結構和性能進行了系統(tǒng)地研究，得到了如下結論：
　　 (1)以SEBS-g-MA為相容劑，采用熔融復合方法制備了PP/SEBS-g-MA/納米MH復合材料，系統(tǒng)地研究了相容劑對高填充量的PP/MH納米復合材料的力學性能、結晶行為、形態(tài)結構和流變性能等的影響。結果表明，SEBS-g-MA的加入，充當了納米MH粒子與PP基體之間的界

3、面過渡層，提高了納米MH在PP基體中的均勻分散性，增強其與PP基體的界面粘結，使得PP/SEBS-g-MA/MH復合材料的沖擊性能較PP/MH復合材料有較大幅度的提高，起到有效的增韌作用。PP/SEBS-g-MA/MH 復合材料中納米MH的均勻分散和界面粘結的增強，提高了納米MH粒子異相成核的能力，使PP相的結晶速率和結晶度的增加，同時使復合材料中PP相的玻璃化溫度有所提高。此外，SEBS-g-MA的加入，減少納米MH粒子團聚對復合材料

4、熔體流動的阻礙，降低復合材料熔體的表觀黏度，并改善了復合材料的流動性能。
　　 (2)在納米氫氧化鎂表面接枝γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（γ-MPS）使其表面乙烯化，然后以苯乙烯（St）或甲基丙烯酸甲酯（MMA）為共聚單體采用原位乳液共聚合方法，制備了聚合物包覆納米MH 復合粒子。透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）和紅外光譜的結果表明，原位乳液共聚生成的聚合物接枝包覆于納米MH表面，制備的MH-聚合物復合粒子為核-殼結

5、構。
　　 (3)采用原位共聚處理納米MH、微米MH和MH晶須，并與PP熔融復合，制備了不同尺度的PP/MH復合材料，考察了不同單體改性MH及其分散相的尺寸對PP/MH復合材料的力學性能、熔融和結晶行為及其形態(tài)結構的影響。根據(jù)缺口沖擊實驗及其沖擊破壞斷面的電鏡觀測結果，發(fā)現(xiàn)復合體系的沖擊強度與界面粘結狀況和填料分散相的尺寸有關。改性MH（MMH）制備的PP/MMH復合材料的與填充未改性MH的PP/MH復合材料相比，沖擊強度有較大

6、幅度的提高；與苯乙烯（St）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）原位共聚處理MH相比，MMA/丙烯酸丁酯（BA）單體改性MH的PP/MMH復合材料的沖擊強度最大。MMA/BA單體原位共聚改性微米MH粒子在PP基體中分散最均勻，沒有粒子的團聚，PP/改性微米MH復合材料的沖擊斷面上呈現(xiàn)粒子-基體的脫粘與基體的韌性斷裂，因而具有相對高的沖擊強度。DMA和DSC測試結果表明，改性后MH粒子與PP基體界面相互作用的增強，導致PP/MMH復合材料中PP相T

7、g下降，并使MH粒子成為異相成核能力加強，提高了PP相的結晶溫度、結晶速率和結晶度。毛細管流變性能測試結果表明，PP/MH和PP/MMH復合材料均為剪切變稀的非牛頓流體，熔體的表觀黏度均隨填充量的增加而增大，PP/MMH復合材料的表觀黏度明顯低于PP/MH復合材料的的表觀黏度；MH粒子經(jīng)原位聚合改性后在PP基體的分散性提高、界面相互作用增加，降低了MH粒子對PP熔體的流動阻礙，降低復合材料熔體的表觀黏度，改善了PP/MH復合材料的流動性

8、。
　　 (4)將改性微米MH或改性納米MH和紅磷（P）與PP熔融復合制備了PP/MH/P復合材料，采用極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒試驗(UL-94)、熱失重(TGA)、錐形量熱器的燃燒實驗（CCT）以及阻燃材料的力學性能測試方法系統(tǒng)研究了改性MH對PP/MH/P復合材料力學性能、熱氧化降解和燃燒行為的影響。結果表明，改性MH粒子表面包覆的聚合物有助于提高其在基體中的分散均勻性，改善粒子與PP之間的相容性，提高阻燃復合材料的沖

9、擊韌性，其中PP/改性微米MH 具有相對較高的沖擊強度。
　　 雖然改性MH與P協(xié)同阻燃PP復合材料相對于填充未改性MH時的LOI值略有下降，但改性MH與P協(xié)同阻燃PP使阻燃復合材料的殘渣量進一步增加，而微米MH 相對于納米MH阻燃PP具有更高的殘渣量，表明其熱穩(wěn)定性的提高。改性納米MH 或改性微米MH與P協(xié)同阻燃PP使阻燃復合材料UL-94 性能提高，并通過UL-94V-0級測試標準。改性MH或未改性MH與紅磷的協(xié)同阻燃PP復