聚氯乙烯Cu~(2+)-有机蒙脱土阻燃抑烟剂的合成及性能研究

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聚氯乙烯(PVC)是一种通用型热塑性树脂,因其具有优良的加工性能、电性能、抗化学腐蚀性等而被广泛应用在人们生产生活的各个方面。虽然PVC具有诸多优点,但仍存在热稳定性差、燃烧时发烟量大的缺点,从而限制了发展。因此开发高性能的阻燃抑烟剂是PVC持续发展的关键。 本文以钠基蒙脱土(Na-MMT)为原料,硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570、KH792)和硫酸铜(CuSO4)为复合插层剂,水为溶剂,在pH<4(醋酸调节)条件下,合成了四种铜-有机蒙脱土(Cu2+-OMMTs)。通过热失重法、烧失率和原子吸收分光光度法测定了硅烷偶联剂和Cu2+的含量。利用X-射线衍射法对其结构进行表征,结果表明:硅烷偶联剂进入了蒙脱土的片层,并扩大了层间距。X-射线衍射数据表明Cu2+-OMMTs较有机蒙脱土(OMMTs)的层间距小,证明了Cu2+插入了蒙脱土片层中。 以PVC树脂、加工助剂以及蒙脱土为原料按照不同的比例采用双螺杆挤出造粒、双辊混炼的方法制备了MMTs/PVC复合材料,并对其力学性能、结构形态、热降解行为、阻燃抑烟性能以及流变行为进行了测试和表征。 力学性能测试表明:cu2+-OMMTs提高了PVC复合体系的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度;添加量不同对材料性能影响程度不同;不同的Cu2+-OMMTs对材料性能影响也不同。与Na-MMT/PVC相比,Cu2+-OMMTs/PVC的拉伸性能和弯曲性能优于Na-MMT/PVC,但是缺口冲击性能低于Na-MMT/PVC。SEM表明改性蒙脱土的加入改变了PVC复合材料的断面形貌,使断面变的坚实而光滑。 TGA结果表明:MMTs使PVC的起始分解温度提前,并降低了PVC第一阶段的最大热降解速率,残炭量增加;Cu2+-OMMTs效果最显著,其次为OMMT’s,最后是Na-MMT。锥形量热仪数据表明:MMTs使PVC更早的开始脱出氯化氢,并且使得PVC碳骨架的热裂解提前,碳骨架的热裂解速度显著降低,残炭量增加。在三类蒙脱土中,Cu2+-OMMTs使PVC的HRR、THR、SPR和TSP下降的幅度最大,这说明其阻燃、抑烟效果最好,尤其是抑烟效果,在铜含量最大仅为0.004%(占整个PVC体系)就可使材料的抑烟效率达45%左右。Cu2+-OMMTs的抑烟效率均比Na-MMT和OMMTs高。 流变行为测试表明:MMTs可以降低PVC体系的塑化转矩和平衡转矩,改善材料的流动性。OMMTs更有利于材料的加工。由于铜的存在,Cu2+-OMMTs使得PVC复合材料的流变性能变差。转速增大不利于PVC复合材料的加工。
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