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蒙脱石在阻燃剂方面的应用

2021-07-07 来源:汉中机械信息网

蒙脱石在阻燃剂方面的应用

目前国内外使用的阻燃剂按阻燃元素种类主要有:卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、铝镁等无机阻燃剂等。

卤系阻燃剂阻燃效果好,但其燃烧发烟量大,产生腐蚀性和有毒气体,对环境造成污染,其使用已在欧盟国家受到限制并引起世界各国的广泛关注;

目前大多数磷系阻燃剂的制造使用了挥发性、毒性及腐蚀性大的有机溶剂,加之磷系阻燃剂燃烧时会放出磷的氧化物,对环境污染较大;无机阻燃剂主要是氢氧化铝、氢氧化镁等,具有抑烟阻燃和填料多重功能,应用十分普遍。

但氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂单独使用时添加量需要在50%以上时才具有较好的阻燃效果,如此高的填料含量同时又降低了材料的机械性能和加工性能。开发无卤、高效、低成本的环境友好型的聚合物阻燃体系成为阻燃材料研究的关键。

近年来,纳米材料的兴起促进了阻燃高分子材料研究领域的发展,纳米复合材料因纳米效应而具有优异的力学性能、热性能以及电性能等。因此,以蒙脱石为代表的粘土聚合物纳米复合材料的增强作用引起从事聚合物材料研究的科学家们的广泛关注。

聚合物纳米复合材料还处于发展阶段,但根据预测,纳米复合材料将会迅速开展。聚合物通过熔融复合或者原位聚合技术利用2%--5%的纳米填料进行增强改性,即可大幅度改善其热学-力学性能、气体阻隔性能和阻燃性能,而且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高得多的耐热性能、尺寸稳定性能和导电性能。

研究与开发和商业化生产中主要的纳米填料是层状硅酸盐纳米粘土和纳米云母,其次是碳纳米管和片状石墨。其他一些纳米填料也在积极研究之中,例如合成粘土、多面体低聚半氧硅烷和天然纳米填料(亚麻纤维和大麻纤维)。

研究最广泛的、首先商业化应用的是纳米粘土,能够有效地改善聚合物材料的结构性能、热学性能、气体阻隔性能和阻燃性能。目前,纳米粘土主要是纳米蒙脱石。

由于蒙脱石具有独特的层状一维纳米结构特性,形态特性,层间具有可设计的反应性,超大的比表面积(750m2/g)和高达200以上的径/厚比。这种纳米结构和形态特性不同于其他二维、三维无机纳米粒子,从而赋予蒙脱石复合材料以一些优异的机械性能,热性能,功能性能和其他的物理性能。

已有的实践结果表明聚合物/蒙脱石纳米复合材料,机械性能明显提高,例如拉伸强度,弯曲强度提高20-50%,模量提高1-2倍;摩擦系数,耐磨性提高1倍。热变形温度,结晶聚合物(如PA)提高80-90℃,非结晶聚合物提高10-30℃;热膨胀系数减少约40%,材料的吸湿速度降低50%,尺寸稳定性提高提高2-5倍;水蒸气、O2、CO2紫外光透过率降低到1/2至1/5;热释放速度明显延缓,阻燃性显着提高,熔融流动性增加,成型收缩率降低,加工性能改善;复合材料的比重与单一聚合物相近,比常规无机填料改性的聚合物比重降低20-30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脱石纳米复合材料成为新一代高阻隔性包装材料,高强度轻量化工程材料,高阻燃绝缘电器材料和抗疲劳高性能弹性体材料。

聚合物/蒙脱石纳米复合材料性能改善的程度,决定于层状蒙脱石在聚合物连续相中纳米级尺寸剥离,分散状态,只有层状蒙脱石晶片在聚合物中充分剥离,均匀分散,才能获得高性能的复合材料。

蒙脱石在聚合物中的剥离状态,直接决定于所用蒙脱石的品质和剥离,分散复合处理方法,两者缺一不可。

用于聚合物改性的高品质蒙脱石,所选用的蒙脱石矿物层电荷密度必需适中,纯度高(蒙脱石含量至少95%以上),扩层剂选择合适,有机处理充分,使得蒙脱石与各类聚合物有良好的相容性,反应性和层解离性。

寿光中联阻燃剂系列纳米蒙脱石皆选用选用高纯度、纯白色,电荷密度适中的蒙脱石矿物,经多级提纯、剥片,制得高纯度大径厚比蒙脱石,选用多种扩层剂充分有机化改性,以适应不同极性,不同结构的聚合物改性。例如聚烯烃、聚酰胺、聚酯、环氧树脂等热塑性、热固性聚合物和丁腈胶、三元乙丙胶等弹性体聚合物材料改性。

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