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无卤阻燃高分子材料由于其卓越的环保性能,而备受关注。但是为了达到良好的阻燃效果,阻燃剂填充量在复合材料中必须占到相当的比重(约50%),而大量阻燃剂的加入,必然使得高分子材料的其它性能,如力学性能等,遭到很大的损失。为了兼顾复合材料的各方面性能,提高阻燃剂粒子在高分子基体中分散的均匀性,避免团聚,无疑在复合材料加工过程中至关重要。
本工作针对线性低密度聚乙烯(LLDPE)与氢氧化镁(MH)复合阻燃材料体系,尝试不同改性剂,如:小分子表面活性剂(硬脂酸钠)、5种不同牌号的硅烷偶联剂(KH-151、KH-171、KH-550、KH-560、KH-570),以及具有不同两亲结构的多种大分子改性剂等,对LLDPE/MH复合阻燃材料的改性作用。此外,本论文还通过扫描电子显微镜(SEM)、热分析、粒径及粒径分布分析和全反射傅里叶红外等多种表征手段,从填充阻燃剂粒子及其复合材料的形貌结构出发,重点讨论了不同改性剂及改性剂用量等对材料性能的影响,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)复合材料力学性能、热稳定性能,以及形貌等测试结果表明,小分子表面活性剂的加入对材料整体性能改善并不明显,硅烷偶联剂的改性效果明显优于小分子表面活性剂;
(2)在不同牌号的硅烷偶联剂中KH-560具有最佳的改性效果;且KH-560添加量在3.7%间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;
(3)在尝试多种具有不同两亲结构的大分子改性剂时,发现含环氧基团的大分子改性剂(PE-co-PGMA,PE-co-PMA-co-PGMA)改性效果最佳,且显示了比同样含有环氧基团的KH-560更为优越的改性效果;这是由于一方面环氧基团易于与MH中羟基发生反应,改性剂接枝在MH表面,形成稳定结构;另一方面大分子改性剂中非极性长链有利于与高分子基体缠绕联接,有效地改善了高分子基体与无机粒子间的相容性,从SEM结果看,经大分子改性剂制得的复合材料,表面形貌更为均匀致密。
因此,对于LLDPE/MH复合阻燃材料体系而言,在综合考虑性价比前提下,应采用具有环氧基团的大分子改性剂提高复合材料的综合性能。