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第４０卷第１１期 塑料工业
２０１２年１１月 ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
ＰＰ纳米复合材料阻燃性研究*
——结果与讨论
２．１红外光谱分析
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图１ 处理前后ＭＷＣＮＴｓ的红外光谱图
为了使ＭＷＣＮＴｓ更好地分散在ＰＰ中，本研究将ＭＷＣＮＴｓ进行了表面处理，处理后的谱图如图ｌ所示。在纯化碳纳米管的谱图中，没有比较明显的吸收峰，只有在１０６０cm-1处有着很微弱的吸收峰，这是ＭＷＣＮＴｓ自身ｃ—ｃ的骨架振动峰。相比之下，正硅酸乙酯处理的ＭＷＣＮＴｓ的红外光谱图在４６４．７６、７９８．３９、１ ６３７．２７、１ ０９９．２３和８ ４５０ ｃｍ-１处得吸收峰显得相当明显。３ ４５０、１ 和６３７．２７ ｃｍ-1 处的吸收峰变大说明，在正硅酸乙酯水解分散下，ＭＷＣＮＴｓ表面成功接枝上大量的羟基。１ ０９９．２３、７９８．３９和４６４．７６cm-1处的吸收峰加大说明，此时的ＭＷＣＮＴｓ表面吸附有大量由于硅醇相互缩聚而形成的Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ结构，从而说明在加入正硅酸乙酯后，ＭＷＣＮＴｓ表面吸附了大量的硅醇，引进了大量的羟基。再加入硅烷偶联剂ＫＨ５５０处理之后，７９８．３９、４６４．７６cm-1处的吸收峰更进一步的增强，说明在偶联剂水解偶联的作用下，与ＭＷＣＮＴｓ表面的羟基结构反应，形成了更多的Ｓｉ一０一Ｓｉ结构。３４５０、１６３７．２７ ｃｍ-1处的吸收峰并没有发生太大变化，有可能是加入的硅烷偶联剂量较少，或者其本身在ＭＷＣＮＴｓ表面吸附，形成了含有大量羟基结构的碳纳米管，但是总的来说，ＭＷＣＮＴｓ表面成功地被包覆。通过三条曲线的对比，可以看出经过正硅酸乙酯和硅烷偶联剂的综合处理，在ＭＷＣＮＴｓ表面上成功地接枝了大量的官能团，并且表面被包覆了有效的附着基团，以期望降低ＭＷＣＮＴｓ的团聚，提高ＭＷＣＮＴｓ在聚合物基体中的分散性。
２．２复合材料的拉伸强度
图２复合材料拉伸强度
Ｆｉｇ２ Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｎａｎｏ—ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
磷酸三苯酯（ＴＰＰ）主要作为增塑性阻燃剂。由于增塑性阻燃剂的加人，复合材料的拉伸性能会有所下降，为了在提高阻燃性能的同时又不降低材料的力学性能，需要在材料中加入一定量的碳纳米管，以提高材料的力学强度。由图２中可以看出，当在ＭＷＣ-ＮＴｓ／ＰＰ体系中加入１０％ＴＰＰ时，聚合物复合材料的拉伸强度相对纯聚丙烯并没有显著下降，并且当ＭＷＣＮＴｓ的质量分数为０．５％时，材料的拉伸强度为３６．６２ ＭＰａ，反而高于纯聚丙烯的拉伸强度。主要是由于碳纳米管本身所具有良好的力学性能，这就说明一定量的碳纳米管和适量的阻燃剂与聚丙烯共混能够同时提高复合材料的阻燃性和力学强度。
１．３极限氧指数分析
ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ、１ＰＰ／ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ和ＡＰＰ／ＭＷＣＮＴｓ／ ＰＰ体系的极限氧指数测试结果如图３所示。从图中可以看出，随着复合材料中ＭＷＣＮＴｓ含量的逐渐增加，材料的氧指数得到提高，尽管只上升了１％一２％，但已经能够说明碳纳米管在一定程度上能够提高材料的氧指数。加入阻燃剂磷酸三苯酯后，氧指数有些许提高，但提高不明显，原因可能是添加量不够。这说明阻燃剂磷酸三苯酯和碳纳米管间有一定的阻燃协效作用。阻燃效果最好的样品的氧指数只有２３％，不能达到阻燃要求。而加入２５％聚磷酸铵的８#样品，氧指数为３５％，达到了阻燃的效果。
图３复合材料的极限氧指数
Ｆｉｇ３ ＬＯＩ ｏｆ ｎａｎｏ—ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
２．４热释放速率分析
图４热释放曲线
Ｆｉg４ ＨＲＲ Ｃurve
热释放速率（ＨＲＲ）是指试样释放热量的速率，ＨＲＲ越大，燃烧反馈给材料表面的热量就越多，结果造成材料热解速度加快和挥发性可燃物生成量增多，从而加速了火焰的传播。图４为样品热释放全过 程的速率曲线和样品在４００—４５０Ｓ区间内的热释放 速率图，三组样品的最大热释放速率依次为１ ２１９、１１４６、和１０５９Ｗ／ｇ。当ＰＰ中添加０．５％ＭＷＣＮＴｓ时，材料的最大ＨＲＲ明显下降，在４００～４２０ｓ这段时间可以看出，４#样品的热释放速率低于１#样品。当在ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ体系中加入１０％磷酸三苯酯时，由于其阻燃作用，使得材料的最大热释放速率相对纯ＰＰ大幅下降。
３结 论
１）未经处理的碳纳米管很容易发生团聚现象，经过处理后可的碳纳米管表面接枝上一定的官能团，在复合材料中分散性得到改善。
２）当ＭＷＣＮＴｓ质量分数达到０．５％时，ＭＷＣＮＴｓ／ＰＰ复合材料的拉伸强度相对最高。一定量的ＭＷＣＮＴｓ和适量的阻燃剂与ＰＰ共混，不会降低复合材料的拉伸性能。
３）碳纳米管能在一定程度上提高聚丙烯复合材料的氧指数同时又会提高复合材料的拉伸强度，加入１０％磷酸三苯酯阻燃剂对于ＰＰ氧指数的提高不明显，加入聚磷酸铵阻燃剂可以大幅度提高聚丙烯复合材料的氧指数。
４）加入阻燃剂和碳纳米管能够降低复合材料的多热释放速率。
参 考 文 献
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［３］许普，李志强，刘慧杰．聚丙烯阻燃化研究进展［Ｊ］．当代化工，２００４，３３（６）：３２９—３３３．
［４］张军，纪奎江，夏延致．聚合物燃烧与阻燃技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５．