MMT/LDH纳米复合材料的制备及其在PP阻燃中的应用研究

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聚丙烯作为通用塑料被广泛的应用于各种领域中,然而聚丙烯极易燃烧,这使得其在应用过程中具有较高的危险性。层状双金属氢氧化物(LDHs)作为阴离子型层状纳米材料,蒙脱土作为阳离子型层状纳米材料,均可应用于聚合物中改善聚合物的热稳定性能、阻燃性能。层状双金属氢氧化物结构可调控性是制备特定结构层状纳米材料的理论依据,其本身的荧光性能不仅能将聚丙烯功能化还可以作为标识来研究层状纳米材料在聚丙烯老化过程中的迁移现象。因此,为了提高聚丙烯的阻燃性能并将其荧光功能化,设计制备出具有优异的荧光功能、阻燃功能的层状纳米材料并将其应用到聚丙烯中具有重要的实际意义。本论文采用共沉淀法制备了不同元素组成的层状双金属氢氧化物,采用原位插层法制备了十二烷基硫酸钠插层的层状双金属氢氧化物,采用超声波处理器制备了具有新的物相结构的层状纳米材料,采用熔融共混法制备了PP/层状纳米复合材料及PP/层状纳米材料/IFR复合材料。通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子(SEM)、荧光光谱仪(PL-PLE)、热重-红外联用(TG-IR)等分析手段探讨了十二烷基硫酸钠对Mg-Al LDH及Mg-Al-Eu LDH荧光性能的影响,探讨了不同配比、不同超声时间对制备MMT/Mg-Al-Eu LDH复合纳米材料的影响,讨论了层状纳米材料及其与P-N型膨胀阻燃剂复配对聚丙烯复合材料荧光性能、热稳定性能、阻燃性能的影响。结果表明:(1)在358nm紫外光激发下Mg-Al LDH、Mg-Al-Eu LDH均在425nm~575nm之间出现发射峰,十二烷基硫酸钠的插层能够增强Mg-Al LDH、Mg-Al-Eu LDH在425nm~575nm间的发光强度。采用超声处理器制备了MMT/Mg-Al-Eu LDH,其在358nm紫外光激发下能在425nm~575nm之间产生发射峰,发射峰的强度随超声时间增加有所降低。(2)采用熔融共混法制备出PP/层状纳米复合材料、PP/层状纳米材料/IFR复合材料,层状纳米材料在PP基体中均匀分散,但是仍有团聚现象,其中MMT/Mg-Al-Eu LDH的分散性能最好;PP/MMT/LDH-4热失重最快时的温度为485℃,相聚丙烯热失重最快时的温度增加了50℃,PP/MMT-LDH/IFR-4、PP/MMT/LDH/IFR-4热稳定性能较好。(3)随着Mg-Al-Eu LDH添加量的增加,PP/LDH-X的荧光性能逐渐增强、PP/LDH/IFR-X的荧光性能先增强后减弱,添加量为4%时PP/LDH/IFR-X荧光性能最强;随着MMT/Mg-Al-Eu LDH添加量的增加,PP/MMT/LDH-X、PP/MMT/LDH-X的荧光性能先增强后减弱,PP/MMT/LDH-4、PP/MMT/LDH/IFR-4的荧光性能最好。(4)层状纳米材料能够有效的延迟聚丙烯热解过程中可燃性气体的释放并减少其释放量。PP/LDH-4可燃气体开始释放时间比PP延迟了33.1min PP/MMT/LDH/IFR-4可燃气体开始释放时间比PP/IFR延迟了7.6min。层状纳米材料添加量的增加可在一定程度上提高复合材料的极限氧指数值及UL94级别;MMT/Mg-Al-Eu LDH、MMT/CTAB与Mg-Al-Eu/SDS LDH物理混合层状纳米材料对聚丙烯阻燃性能提高较明显;层状纳米材料与P-N型膨胀阻燃剂的协同阻燃效果较好。
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