无卤阻燃透明聚烯烃薄膜的制备与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jayguo123
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聚烯烃薄膜具有透明、耐低温、防潮、耐水和无毒等方面的优点,广泛应用于家具、礼品、玩具、食品和仪器仪表等的外包装领域。但近年来,因聚烯烃包装薄膜易燃产生的火灾事故不断增加,使其在阻燃外包装领域的应用受到很大的限制,故阻燃包装材料的改进越来越受到人们的重视。在改进聚烯烃薄膜阻燃性能的同时,其透明性会有所降低,故阻燃透明聚烯烃包装薄膜成为人们研究的热点之一,如何在提高聚烯烃薄膜阻燃性能的同时保持薄膜的透明度成为研究的关键。基于此,本文通过制备新型高效阻燃剂和增容剂,研究其制备的工艺和接枝动力学,进而研究其对聚烯烃薄膜阻燃性、透明性、力学性能和热稳定性等的影响规律,为满足阻燃聚烯烃包装薄膜的应用打下了坚实理论和应用基础。本文首先通过线性低密度聚乙烯(LLDPE)与甲基丙烯酸缩水甘油脂(GMA)制备增容剂LLDPE-g-GMA,研究其接枝工艺和接枝反应动力学。结果表明:在工艺条件为反应温度为175℃、转速为60 r/min、反应时间为10 min的条件下,各组分最佳配比为GMA的质量份数为3份;过氧化二异丙苯(DCP)的质量份数为0.15份;苯乙烯(St)与GMA摩尔之比为0.75:1,此时接枝率最高为1.58%;其接枝反应动力学方程研究表明,接枝单体初期速率与接枝单体浓度、引发剂浓度分别呈1.01和0.74次方的正比关系,接枝活化能为Ea=92.53 KJ/mol,动力学方程是Re=Aexp(92.53/RT)[M]1.01[I]0.74。然后,采用硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)分别与阻燃剂中间体9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)合成出DOPO-KH560(简称DK-560)与DOPO-KH570(简称DK-570),研究了其合成工艺并用红外光谱对其进行表征。结果表明:DK-560的最佳合成工艺是反应时间为5h,反应温度为175℃;DK-570的最佳合成工艺是反应时间为8 h,反应温度为140℃。红外光谱中,DK-560和DK-570在2381.75 cm-1上的P-H振动吸收峰完全消失,而在3257 cm-1和1725.28 cm-1处分别出现羟基伸缩振动特征吸收峰和羰基伸缩振动特征吸收峰,说明成功合成了 DK-560 和 DK-570。进一步研究了将不同用量的LLDPE-g-GMA加入LLDPE/LDPE/六苯氧基环三磷腈(HPCP)/聚磷酸铵(APP)/纳米二氧化硅(SiO2)体系(简称LLDPE/LDPE阻燃体系)的影响规律。结果表明:LLDPE-g-GMA用量增加,LLDPE/LDPE阻燃体系的氧指数和力学性能先升高后趋于平缓,透光率先升高后降低。在LLDPE-g-GMA用量为4wt%的条件下,LLDPE/LDPE阻燃体系的综合性能达到最佳水平,此时氧指数为24.8%,薄膜透光率为79.3%,拉伸强度为20.40 MPa,断裂伸长率为386.95%。最后,研究了三种阻燃剂DOPO、DK-560、DK-570分别对LLDPE/LDPE阻燃体系和LLDPE/LDPE/LLDPE-g-GMA阻燃体系阻燃性能、透明度、分散性、力学性能、热稳定性以及残炭率的影响规律。结果表明:三种阻燃剂用量增加,LL-DPE/LDPE阻燃体系薄膜的氧指数均随阻燃剂用量的增加而升高,薄膜的透光率均有小幅度下降,其中DK-560综合性能最好。在DK-560为25wt%的条件下,LL-DPE/LDPE阻燃体系薄膜的氧指数最高为28.6%、燃烧后的炭层最致密、薄膜平直燃烧后形成的孔洞最小、透光率最高为78.2%、残炭率最高为20.27%、扫描电镜分析表明此时体系的分散性最好,此时体系的拉伸强度为5.71 MPa、断裂伸长率为 305.73%;同样,在 DK-560 为 25wt%的条件下,LLDPE/LDPE/LLDPE-g-GMA阻燃体系薄膜的氧指数最高为29.8%、燃烧测试后的薄膜无孔洞、透光率最高为82.8%、残炭率最高为22.7%、扫描电镜分析表明该体系的分散性最好,此时体系的拉伸强度为11.64 MPa、断裂伸长率为345.73%;两种阻燃体系的性能也不同,L LDP-E/LDPE/LLDPE-g-GMA阻燃体系比LLDPE/LDPE阻燃体系的性能更好。
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