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聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC)作为重要的工业热塑性高聚物,其力学性能优异,电绝缘性好,化学性质稳定,价格优廉,被广泛应用于建材、管材、电线电缆等领域。软PVC由于加入大量的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等增塑剂,其LOI值大大降低而成为可燃性材料,遇火易燃烧,产生大量烟雾和有毒气体,使软PVC在应用中存在诸多潜在危害。作为软PVC的阻燃剂而言,需要其具有抑烟、高效阻燃等性能,且对软PVC自身的力学性能影响较小。
类水滑石,又称层状双氢氧化物(Layereddoublehydroxides,LDHs),是一类阴离子插层型材料。LDHs的层板由金属(Zn、Mg和A1)氢氧化物所构成的八面体共用棱边而形成,带正电荷,层间为阴离子和少量结晶水分子,所形成的主客体结构呈现中性。LDHs具有优良的阴离子交换性能和热稳定性,已经在催化、离子交换、吸附、阻燃等许多领域得到应用。LDHs用作阻燃剂使用时,无卤、无毒、不产生腐蚀性气体而且具有显著的抑烟性能,是一类环保型阻燃剂。但是,作为无机添加型阻燃剂,LDHs使用时同样存在添加量大、阻燃效率低等突出问题;同时,LDHs表面亲水疏油,与聚合物基体相容性差,对复合材料力学性能影响较大。因此,为提高LDHs的阻燃效率,改善复合材料力学性能,在使用前一般需进行表面改性。
Sb。O。是一种高效的无机添加型阻燃剂,其在软PVC等高聚物中的阻燃应用开发较早,也较为成熟,Sb。O。作为阻燃剂使用时可独立使用,亦可与其他阻燃剂复配协效阻燃,广泛用作增白剂、织物、软PVC阻燃等[1。但同时SbO。也存在诸如增烟、有毒、价格昂贵且资源有限、在聚合物基体中易聚集、分散性、相容性差等不足。因此,开发廉价、环保、阻燃效果好的阻燃剂替代或部分替代SbzO。成为软PVC阻燃领域的研究热点。
本文采用快速成核/晶化法制备了LDHs,以油酸钠为改性剂对LDHs表面改性,球磨制备sbzO。一IDHs复合阻燃剂,并将其加入软PVC中,并考察其添加对复合材料阻燃性能和力学性能的影响。
1实验方法
1.1主要试剂
PVC均一粉(S一60,台塑工业宁波有限公司);钙锌复合稳定剂(深圳市志海实业有限公司);硬脂酸(天津博迪化工股份有限公司);聚乙烯蜡(长兴协和高分子材料有限公司);氯化石蜡一52、氯化石蜡一7O,均为工业品;NaOH、NaCO3、Zn(NO。)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、Sb2O3、CaC03、硫酸、无水乙醇,均为分析纯试剂;油酸钠、NaA1O。、DOP均为化学纯试剂,购自国药集团化学试剂有限公司。
1.2LDHs的制备
采用快速成核/晶化法制备LDHs,具体实验步骤为:将0.06tool的硝酸锌与0.06mol的硝酸镁加入200mL去离子水中配制盐溶液A;将0.06mol的铝酸钠与0.03mol的碳酸钠加入300mL去离子水中配制碱溶液B;水浴恒温65℃条件下将溶液A与溶液B迅速混合,剧烈搅拌3min,用0.2mol/I氢氧化钠溶液调节体系pH值至10,继续搅拌动态晶化1h,陈化24h后,过滤、洗涤,所得滤饼于7O℃下干燥,制得LDHs。
1.3油酸钠改性LDHs的制备
将上述未经干燥的IDHs滤饼分散在600ml0.6g/l油酸钠水溶夜中,水浴恒温65℃下用0.2mol/L的HzSO溶液调节反应体系pH值至6,搅拌1h,过滤、洗涤,所得滤饼于7O℃下干燥,即制得改性LDHs。
1.4Sb2O3-LDHs复合阻燃剂的制备
分别按质量分数5、10、15将Sb。O。与改性LDHs在球磨罐中混合,加入适量乙醇,在球磨转速500r/min、球料比2:1条件下球磨10h,所得湿磨样于7O℃下干燥,即制得(SbO。)一LDHs、(Sb2O3)1o—LDHs、(Sb2O3)15一IDHs复合阻燃剂。
1.5复合材料的制备
按一定计量和配比将改性前后LDHs、SbO。一LDHs复合阻燃剂与PVC均一粉、加工助剂在SHR—IOA型高速混合机中混合10rain,用JTC一100型双辊开炼机170~C下对混合物料进行熔融共混约10rain,制得复合材料。再用XLB—D4O0型平板硫化机于180℃下热压5min,冷压成型,室温下冷却24h后,加工成复合材料样条,进行阻燃及力学性能测试。实验所用软PVC基体的配方为(质量比):PVC100,DOP40:100,钙锌稳定剂6:100,硬脂酸0.3:i0o,聚乙烯蜡0.5:100,氯化石蜡一528:100,氯化石蜡一705:i00,碳酸钙20:100。
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