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聚烯烃性能优良,成本低廉,是非常重要的塑料品种。聚烯烃的氧指数仅有17左右,属易燃材料,在高压、加热、放电等条件下,会熔化、分解、燃烧,并且燃烧时产生大量熔滴,极易传播火焰,造成火灾。使聚烯烃在许多领域的应用受到限制。因此聚烯烃的阻燃问题越来越引起人们的关注,己成为科研工作的重点之一。通过对各种常见阻燃剂的比较发现:金属氢氧化物是一类真正实现了环境友好的“绿色阻燃剂”,符合人类可持续性发展的要求。作为金属氢氧化物阻燃剂的主要品种氢氧化镁,具有良好的阻燃性、促进成碳功能和相对较优的加工性,而拥有广阔的发展前景。
由于氢氧化镁需要大量添加才能发挥良好的阻燃性能,但无机阻燃剂的大量填充会对塑料体系的综合力学性能和加工性能产生严重的负面影响。目前人们对氢氧化镁阻燃剂的研究工作,一般集中在阻燃剂超细化、表面处理、寻找阻燃增效剂等方面开展,以求减少氢氧化镁添加量并且抵消其对阻燃体系综合性能的不利影响。
目前在无卤阻燃聚烯烃研究中,基本上忽略了无机阻燃剂氢氧化镁在基体中的分布问题,没有报道涉及究竟是均匀分布还是非均匀分布有利于最终材料阻燃性能的提高,因此希望通过本课题的研究,能从微观结构角度出发,建立相应的调控手段,实现阻燃剂氢氧化镁在聚烯烃共混体系(LLDPE/EVA)中的选择性分散,进一步明确阻燃剂的选择性分散与塑料共混体系综合性能间的关系,为制备具有更好综合性能的无卤阻燃聚烯烃提供理论依据。
具体的研究内容分为以下几个部分:Ⅰ.通过两步共混工艺,实现氢氧化镁在发生部分交联的EVA相中的选择性分布;Ⅱ.首先采用硅烷偶联剂对氢氧化镁进行表面处理,把乙烯基团引入其表面,再使乙烯基团与丙烯酸酯类单体共聚,用高分子链改变氢氧化镁表面性状;Ⅲ.采用三种不同的共混工艺制备聚烯烃无机阻燃体系,考察共混方法对产物性能及氢氧化镁选择性分散间的关系。
通过系统研究,得到以下主要结论:
(1)LLDPE/EVA共混体系EVA相中产生化学交联后,阻燃剂氢氧化镁被强制性限制在EVA相中,共混物的OI值明显提高;但另一方面,化学交联也影响到了共混过程中两相的充分混合及试样被拉伸过程中高分子链的伸展、排列,会对共混物的拉伸性能产生不利影响。平行板流变测定表明:大量无机阻燃剂MH的加入,使共混体系的弹性和黏性增强。共混物中局部化学交联的存在,能使体系的G和G"数值进一步增大。随测试中剪切速率的提高,阻燃共混体系表现出“剪切变稀”行为。
(2)经元素分析可知,原料氢氧化镁中含有极少量的硅元素,其表面的活泼硅醇键很少。致使氢氧化镁与硅烷偶联剂KH-570间的反应程度很低,使得接下来进行的共聚反应难以进行。故实际改性产物中的高分子接枝率很低,没有很大的实用价值。
(3)考察三种不同共混方法对阻燃剂MH在LLDPE/EVA体系中选择性分散的影响,发现氢氧化镁:MH用硅烷偶联剂KH-550处理后,其与聚合物EVA间的相容性明显改善,改性MH更易分散在EVA相中。采用MH先与EVA共混的工艺,更易实现阻燃剂MH在EVA相中的局部富集和选择性分散。大量阻燃剂MH的混入(MH质量含量大于20%),会严重削弱共混体系的韧性。平行板流变测定表明:随着共混体系中MH质量含量的增加,体系的G和G"数值均不断增大,体系的弹性和黏性增强,同时表现出类似于“剪切变稀”现象。