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PP/MMT纳米复合材料阻燃体系成为最活跃研究领域
 

具备阻燃性能的聚丙烯非织造布正在向着高效、低烟、绿色、环保和低成本的方向发展,在阻燃的同时力争取得材料加工性能和物理机械性能的良好平衡,因此选择性能优异的无卤阻燃剂以非织造后整理工艺成为发展趋势,特别是聚丙烯/蒙脱土(PP/MMT)纳米复合材料阻燃体系的开发与应用成为目前最为活跃的研究领域之一。

PP/MMT纳米复合材料是聚丙烯分子嵌入到MMT的片层间而制得的嵌入纳米复合材料,或称为插层纳米复合材料,当PP/MMT燃烧时,MMT片层能够形成阻隔层,阻止材料中可燃性小分子气体的挥发和火焰气体的扩散,减少火焰传递到基材的热量,挡住向PP的热流,“覆盖”聚丙烯分子,形成不燃性屏障,隔断燃烧时氧气的运输途径,从而抑制火焰的蔓延,起到隔离阻燃的作用。MMT复合纳米材料通过抑制热供给路线达到阻燃效果,无毒无害,具有良好的应用前景,迅速成为纳米复合材料领域一个重要的研究方向。

德国柏林工业大学的研究者Fogil博士指出, PP/MMT复合材料能够在达到预期阻燃级别的前提下减少传统阻燃剂的添加量,从而降低传统阻燃剂对基材物理机械性能等的不良影响。MMT呈纳米级分散的片层结构在聚丙烯中起到异相成核的作用,使结晶度降低,球晶尺寸减小,提高了材料的冲击强度。MMT的加入还可以改善材料的热性能,例如含9份MMT的PP/MMT纳米复合材料的热变形温度比纯PP提高了44℃,在剥离型的PP/MMT纳米复合材料中PP的起始分解温度由270℃提高到400℃。

然而,聚丙烯材料极性较弱,与MMT之间的相容性差,要实现聚丙烯(PP)与MMT在纳米尺度上的复合,就必须增加二者的界面相容性。Fogil博士认为,可以从PP基体和MMT两方面着手进行改性,一是增加PP的极性,对PP进行化学改性,在PP的主链或者侧链上引入少量的极性基团(如马来酸酐)得到改性PP,在制备PP纳米复合材料时作为相容剂,能改善PP与烷基铵盐改性蒙脱土的相容性;二是尽量降低MMT的极性,通过加入相容剂或者运用部分氟化的表面活性剂对普通烷基季铵盐改性MMT进行表面再修饰,来增加MMT与PP的相容性。

值得一提的是,上海交通大学材料科学与工程学院乔秀颖副研究员近期发现,随着马来酸酐接枝PP含量的增大,复合材料的层间距也随之提高;在马来酸酐接枝PP含量为21wt%的时候,MMT片层在聚丙烯基体中几乎全部以剥离或者无序的状态存在。同时,相容剂的加入使复合材料起始失重温度、最大失重温度和最大失重速率增高。

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