随着人们对环境保护的日益重视,低毒、低烟、无腐蚀性的无机阻燃剂备受青睐。氢氧化镁[Mg(OH)2]是目前发展较快的一种无机添加型阻燃剂。它与氢氧化铝相比,热分解温度更高(氢氧化铝为220℃左右,而Mg(OH)2在350~400℃),可用于加工温度高于250℃的工程塑料的阻燃;且还有促进聚合物成炭的作用[1],抑烟效果十分明显。但是,由于Mg(OH)2的阻燃效率较低,为了达到一定的阻燃效果,在高聚物中的添加量一般要达到50%以上[2],这往往会较大幅度地恶化材料的物理机械性能;且由于Mg(OH)2表面具有亲水疏油性,使其在高聚物中的分散性差,与高聚物表面之间的相容性和加工流动性欠佳,导致材料表面“起酸”、生白斑或失去光泽[3],还会给材料的加工带来一些问题。为了提高Mg(OH)2在聚合物中的分散性,改善Mg (OH)2阻燃高聚物的加工性、阻燃性及机械性能,人们从Mg(OH)2的结晶情况、粉体粒径、表面改性等方面进行过大量的研究。本文分别将改性前后的Mg (OH)2加入到聚丙烯(PP)中,然后对其进行力学性能和燃烧性能进行测试,以寻找其力学及燃烧性能与Mg(OH)2原料、偶联剂的种类及包覆处理方法之间的关系。
1　实验部分
1·1　主要原料和设备
1·1·1　原料和试剂
Mg(OH)2: A,以水镁石为原料制得,产品纯度、白度都较低,且粒径不均; A1:以稀土为偶联剂,采用干法处理的Mg (OH)2A,自制;A2:以稀土为偶联剂,采用湿法处理的Mg (OH)2A;A3:以硬脂酸钙为偶联剂,采用干法处理的Mg(OH)2A; A4:以硬脂酸钙和稀土复合的偶联剂,采用干法处理的Mg(OH)2A; Mg(OH)2潍坊海鲁镁业: B,由含镁原料人工合成,产品纯度、白度很高,粒径较小且均匀,但团聚现象较严重,以色列化学公司; B1:以稀土为偶联剂,采用干法处理的Mg(OH)2B; B2:以稀土为偶联剂,采用湿法处理的Mg (OH)2B; PP:2401。
1·1·2　主要设备及仪器
双螺杆挤出机: SHL-35,上海化工机械四厂;真空干燥箱: ZK-82A型,上海市实验仪器总厂;电子拉力试验机: DXLL-10000,上海化工机械四厂;冲击试验机: XJ-300A,吴忠材料试验机厂;氧指数测试仪: 16000, UK; CZF-2综合垂直燃烧测试仪:江宁县分析仪四厂;热分析仪: DUPON2000;烟密度测试仪: SD-2A型,常州机械仪器研究所。
1·1·3　测试标准
拉伸性能: GB/T 1040-1992;冲击性能: GB/T1843-1996;氧指数: GB 2406-1980, GB 2408-1980;玻璃化温度: GB/T 11998 - 1989;烟密度:GB/T8323-1987。
1·2　试样准备
　加工前,将Mg(OH)2与PP同时置入真空干燥箱中,在真空度0·09 MPa、温度110℃下干燥至恒重;冷却后取出,按以下配方进行称量:PP 520 g,Mg (OH)2965 g,抗氧剂(1075和618) 15 g。
2　结果与讨论
将称量好的混合物置于高搅机中混匀后,在双螺杆挤出机上在200℃温度下挤出,对造粒好的阻燃PP进行力学和阻燃性能测试,结果如表1所示从表1可以看出, PP加入未处理的Mg (OH)2后,虽然阻燃性得到大幅度提高(阻燃级别达到V-0,氧指数接近30%);但机械性能,尤其是伸长率明显下降。众所周知,这主要是由于Mg (OH)2高的添加量及其表面亲水疏油性引起的[4]。而对于A、B两种Mg(OH)2,纯度较低的Mg(OH)2A在力学和阻燃性能上都优于纯度较高的Mg (OH)2B;但却出现了泛黄等颜色问题,可以推断不纯的Mg (OH)2A中可能含有某种有色矿物质,并且在高温加工时,与高聚物生成了某种相对稳定的化合物。而处理后的Mg(OH)2由于其表面性质改变了,使其在高聚物中的分散性及其与高聚物的相容性得到了很大程度的提高;因此,当其加入到PP中时,虽然材料的力学性能也呈下降趋势,但与未处理的Mg (OH)2相比,在伸长率和悬臂梁缺口冲击强度上有较大程度的提高(一般伸长率可提高几十到一百倍,悬臂梁缺口冲击强度也提高2~3倍),而拉伸强度和弯曲强度改善不明显。同时,其表面感观得到大大的改善。图1是PP及Mg (OH)2包覆前后阻燃PP的烟密度,由图1可以看出, Mg(OH)2有很强的抑烟性,改性以后的Mg (OH)2抑烟性能进一步提高。而对同一种Mg(OH)2,通过比较A1、A2和B1、B2数据可以看出,干法处理Mg (OH)2在拉伸强度、弯曲强度和垂直燃烧方面比湿法略有优势;而在伸长率和悬臂梁缺口冲击强度方面略弱于湿法;且硬脂酸钙处理后的Mg(OH)2对复合材料伸长率和悬臂梁缺口冲击强度的改善不如稀土处理的Mg(OH)2,两者的复合偶联剂没有在复合材料力学性能的任何一方面表现出协效作用。
3　结论
1) PP中加入占复合材料总质量65%的未处理或处理过的Mg (OH)2后,其阻燃性能一般能达到UL 94 V-0级,氧指数接近30%,并且抑烟效果相当显著。
2)虽然PP中加入Mg (OH)2能达到很好的阻燃效果,但由于其高添加量使其对高聚物的力学性能有着相当程度的影响,尤其是伸长率下降90%以上。
3)经表面改性的Mg (OH)2对PP表观性能和力学性能有所提高;其影响与偶联剂种类有关,稀土偶联剂主要是能对复合材料的伸长率和悬臂梁缺口冲击强度有所改善;而硬脂酸钙偶联剂的主要作用是改善复合材料的拉伸强度和弯曲强度。
4)不同来源的Mg (OH)2对PP性能的影响也不相同,并不一定纯度越高,其效果越好。
5)对同一种Mg(OH)2,干法处理的优势在改善材料的拉伸强度和弯曲强度方面;而湿法处理的优势在改善材料的伸长率和悬臂梁缺口冲击强度方面;从工艺过程、设备需求方面来看,干法处理比湿法处理具有明显优势。转载请联系潍坊海鲁镁业有限公司 15065369879