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PP/MMT納米複合材料阻燃體係成為最活躍研究領域
 

具備阻燃性能的聚丙烯非織造布正在向著高效、低煙、綠色、環保和低成本的方向發展,在阻燃的同時力爭取得材料加工性能和物理機械性能的良好平衡,因此選擇性能優異的無鹵阻燃劑以非織造後整理工藝成為發展趨勢,特別是聚丙烯/蒙脫土(PP/MMT)納米複合材料阻燃體係的開發與應用成為目前最為活躍的研究領域之一。

PP/MMT納米複合材料是聚丙烯分子嵌入到MMT的片層間而製得的嵌入納米複合材料,或稱為插層納米複合材料,當PP/MMT燃燒時,MMT片層能夠形成阻隔層,阻止材料中可燃性小分子氣體的揮發和火焰氣體的擴散,減少火焰傳遞到基材的熱量,擋住向PP的熱流,“覆蓋”聚丙烯分子,形成不燃性屏障,隔斷燃燒時氧氣的運輸途徑,從而抑製火焰的蔓延,起到隔離阻燃的作用。MMT複合納米材料通過抑製熱供給路線達到阻燃效果,無毒無害,具有良好的應用前景,迅速成為納米複合材料領域一個重要的研究方向。

德國柏林工業大學的研究者Fogil博士指出, PP/MMT複合材料能夠在達到預期阻燃級別的前提下減少傳統阻燃劑的添加量,從而降低傳統阻燃劑對基材物理機械性能等的不良影響。MMT呈納米級分散的片層結構在聚丙烯中起到異相成核的作用,使結晶度降低,球晶尺寸減小,提高了材料的衝擊強度。MMT的加入還可以改善材料的熱性能,例如含9份MMT的PP/MMT納米複合材料的熱變形溫度比純PP提高了44℃,在剝離型的PP/MMT納米複合材料中PP的起始分解溫度由270℃提高到400℃。

然而,聚丙烯材料極性較弱,與MMT之間的相容性差,要實現聚丙烯(PP)與MMT在納米尺度上的複合,就必須增加二者的界麵相容性。Fogil博士認為,可以從PP基體和MMT兩方麵著手進行改性,一是增加PP的極性,對PP進行化學改性,在PP的主鏈或者側鏈上引入少量的極性基團(如馬來酸酐)得到改性PP,在製備PP納米複合材料時作為相容劑,能改善PP與烷基銨鹽改性蒙脫土的相容性;二是盡量降低MMT的極性,通過加入相容劑或者運用部分氟化的表麵活性劑對普通烷基季銨鹽改性MMT進行表麵再修飾,來增加MMT與PP的相容性。

值得一提的是,上海交通大學材料科學與工程學院喬秀穎副研究員近期發現,隨著馬來酸酐接枝PP含量的增大,複合材料的層間距也隨之提高;在馬來酸酐接枝PP含量為21wt%的時候,MMT片層在聚丙烯基體中幾乎全部以剝離或者無序的狀態存在。同時,相容劑的加入使複合材料起始失重溫度、最大失重溫度和最大失重速率增高。

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