CN107057172A - 一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂 - Google Patents

一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，所述复配阻燃剂由改性镁铝类水滑石、聚磷酸铵(APP)、成炭发泡剂(CFA)和磷腈按照1.6～3.2：24：8：0.8～2.4的质量比复配而成。将本发明的复配阻燃剂添加到聚烯烃乙烯醋酸乙烯共聚物(或聚丙烯)中，氧指数的测试结果表明：与只有类水滑石作为阻燃剂相比，复配阻燃剂的添加使复合材料的阻燃性能有明显的提高。力学性能测试结果表明：随着改性镁铝类水滑石在复配阻燃剂中所占量的增加，其断裂伸长率和拉伸强度值呈不规则下降。但是均比单独添加磷腈阻燃剂和类水滑石化合物复合材料的力学性能有所提高。

Description

一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻 燃剂
技术领域
本发明涉及一种混合型膨胀阻燃剂。
背景技术
随着科学技术的发展，高分子材料的作用越来越重了，现在人们的生活中随处可见由高分子材料制成的产品。阻燃剂的产生为高分子材料的扩大使用提供了重大的助力。
膨胀阻燃剂(IFR)属于磷氮协同体系，主要由酸源(脱水剂)，炭源(成炭剂)和气源(发泡剂)组成，具有燃烧时烟雾少、放出气体无害的特点。提高阻燃效率，降低阻燃剂的添加量是各类阻燃体系永恒的主题。
类水滑石作为新型阻燃剂，具有较好的发展空间，现如今对类水滑石阻燃剂的开发和应用主要集中在提高其与聚合物的相容性，但目前效果还不是太理想，急需开展进一步的研究和开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，以硝酸镁、硝酸铝和混合碱为原料合成镁铝类水滑石，然后采用硬脂酸钠对镁铝类水滑石进行表面改性，将表面改性后的镁铝类水滑石(LDH)与聚磷酸铵(APP)、成炭发泡剂(CFA)和磷腈复配成具有协同作用的膨胀阻燃剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，由改性镁铝类水滑石(LDH)、聚磷酸铵(APP)、成炭发泡剂(CFA)和磷腈按照1.6～3.2：24：8：0.8～2.4的质量比复配而成。
本发明中，采用共沉淀法和微波晶化法制备改性镁铝类水滑石，具体步骤如下：
(1)分别配置0.5～1.5mol/L的硝酸镁、硝酸铝的水溶液1L。
(2)取70mL硝酸铝及280mL硝酸镁得到混合盐溶液；取500～600mL、0.6～1.2MNaOH和0.45～0.9M Na2CO3混合碱待用。
(3)在60～80℃水浴及不断搅拌下，通过两端的恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加混合盐及混合碱，控制溶液pH为8～9，滴完后共沉淀反应0.5～1.5h。
(4)向溶液中加入0.2～0.25g硬脂酸钠改性1～3h。
(5)将溶液倒入500mL烧杯中，并在30～90℃下微波晶化10～90分钟。
(6)用蒸馏水将溶液洗涤至pH＝7，抽滤、干燥，得到改性镁铝类水滑石。
本发明中，所述膦腈可以是所有类型的膦腈，比如：六氯环三膦腈、六对羧基苯氧基环三磷腈、苯氧基磷腈、对羧基苯氧基磷腈、聚氨基磷腈、烃氧基磷腈，六对羧基苯氧基环三磷腈的结构式如下：
本发明中，所述成炭发泡剂的化学结构式如下：
将本发明的复配阻燃剂添加到聚烯烃乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)中(质量百分含量为1～60％)，氧指数的测试结果表明：与只有类水滑石作为阻燃剂相比，复配阻燃剂的添加使复合材料的阻燃性能有明显的提高。热性能测试结果表明：阻燃剂的添加使得复合材料的热失重速率温度较纯EVA有明显提高。力学性能测试结果表明：随着改性镁铝类水滑石在复配阻燃剂中所占量的增加，其断裂伸长率和拉伸强度值呈不规则下降。但是均比单独添加磷腈阻燃剂和类水滑石化合物复合材料的力学性能有所提高。
将本发明的复配阻燃剂添加到聚丙烯(PP)中(质量百分含量为1～60％)，氧指数和垂直燃烧的测试结果表明：与单独类水滑石作为阻燃剂相比，复配阻燃剂的加入对聚丙烯的阻燃性能提高的更加明显。力学性能测试结果指出随着镁铝改性类水滑石在复配阻燃剂中所占比例的增加，其拉伸强度和断裂伸长率值呈不规则下降，但均比单独添加改性类水滑石的力学性能有所提高。
附图说明
图1为具体实施方式一中改性镁铝类水滑石(MgAl-LDH)的XRD谱图；
图2为具体实施方式一中改性镁铝类水滑石(MgAl-LDH)的IR谱图；
图3为具体实施方式一中LDH、APP、CFA和磷腈的TG-DTG曲线，(a)：LDH，(b)：APP，(c):CFA，(d):磷腈；
图4为具体实施方式一中纯EVA和含有20wt.％含量阻燃剂的复合材料的TGA曲线；
图5为具体实施方式一中纯EVA和含有20wt.％含量阻燃剂的复合材料的DTG曲线，(a)：EVA 180，(b)：EVA 144 LDH 36，(c)EVA 144 APP 36，(d)EVA 144 CFA 36，(e)EVA 144磷腈 36，(f)EVA 144 LDH 3.2 APP 24 CFA 8磷腈0.8，(g)EVA 144 LDH 3.2 APP 24 CFA8磷腈0.8，(h)EVA 144 LDH 3.2 APP 24 CFA 8磷腈0.8；
图6为具体实施方式一中纯EVA和复合材料样品的氧指数柱形图；
图7为具体实施方式一中纯EVA和复合材料样品的拉伸强度柱状图；
图8为具体实施方式一中纯EVA和复合材料样品的断裂伸长率柱状图；
图9为具体实施方式二中改性镁铝类水滑石(MgAl-LDH)的XRD谱图；
图10为具体实施方式二中改性镁铝类水滑石(MgAl-LDH)的IR谱图；
图11为具体实施方式二中纯PP和5个复合材料样品的拉伸强度柱状图；
图12为具体实施方式二中纯PP和5个复合材料样品的断裂伸长率柱状图；
图13为具体实施方式二中复合材料的TGA曲线；
图14为具体实施方式二中复合材料的DTG曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式提供了一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，采用微波晶化法和共沉淀法以硝酸铝、硝酸镁和混合碱为原料合成镁铝类水滑石(MgAl-LDH)，然后采用硬脂酸钠(C17H35COONa)对镁铝类水滑石进行表面改性，并通过XRD和FT-IR对改性类水滑石样品进行表征。将类水滑石、磷腈(Cl6N3P3)、聚磷酸铵(APP)和成炭发泡剂(CFA)以不同的比例复配，以形成协同膨胀阻燃剂，并以复配阻燃剂为20％的质量比和乙烯-醋酸乙烯共聚物混合联合制成复合材料。通过阻燃性能测定、热性能测定以及力学性能测定对复合材料的一系列性能进行研究。具体内容如下：
一、镁铝类水滑石(MgAl-LDH)的合成及改性
采用微波晶化法制备改性镁铝类水滑石，具体步骤如下：
(1)分别配置1mol/L的硝酸镁、硝酸铝的水溶液1L。
(2)取70mL硝酸镁和280mL硝酸铝，得到混合盐溶液；再取1.2mol/L Na2CO3和0.9mol/L NaOH混合碱600mL待用。
(3)在70℃水浴及不断搅拌下，通过两端的恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加混合盐及混合碱。且每5秒测一次溶液pH，控制溶液pH为8-9，滴完后共沉淀反应1h。
(4)向溶液中加入0.225g硬脂酸钠改性2h。
(5)将溶液倒入500mL烧杯中，并在70℃下微波晶化30min。
(6)用蒸馏水将溶液洗涤至pH＝7，抽滤、干燥样品。
(7)称重装袋。
二、类水滑石与EVA混料与加工
本发明采用的是哈尔滨理工大学制造的转矩测量仪混料，设定其混料温度为140℃，转速设定为60r/min，混料时间设定为10min。出料后应立即压板，来防止产生过多气泡，影响测定结果，取出后立即揉搓成一团，在平板硫化机上预热3min；热压温度设定为120℃，压力10Mpa，热压2min；之后再冷压，力学性能测定板厚度为1mm，氧指数测定板厚度为3mm。
EVA与阻燃剂总质量为180g，其中阻燃剂占复合材料总质量的20％。表1给出纯EVA和复合材料的配方，其中复配阻燃剂中APP与CFA的质量比为3:1，通过改变类水滑石的量来考察复配阻燃剂的协同作用。
表1复合材料配方
三、结果分析
1、X-射线衍射(XRD)分析
图1为改性镁铝类水滑石的XRD谱图，本发明主要通过XRD来确定改性镁铝类水滑石的晶体结构与层板之间的晶面间距。由图1可知，合成的样品具有类水滑石结构的所有特征衍射峰，其衍射峰的2θ位于11.3°、22.7°、34.7°和60.4°处，分别对应于(003)、(006)、(009)和(110)晶面。XRD结果已表明改性镁铝类水滑石的合成获得成功。并且改性镁铝类水滑石的d(003)值是从d(003)值可以确定合成的类水滑石的层间阴离子均为碳酸根离子，没有硬脂酸根和硝酸根离子的存在。
2、改性类水滑石的FT-IR分析
图2为改性镁铝类水滑石的IR谱图，从图2中可以看出，样品在3455cm-1和1638cm-1出现明显的吸收峰。在796cm-1附近出现的肩峰则是碳酸根的面外变形振动特征峰，改性的镁铝类水滑石在2919cm-1和2842cm-1附近出现的吸收峰则为硬脂酸钠的甲基、亚甲基的伸缩振动吸收峰。670cm-1附近的谱带和1376cm-1附近出现的吸收带分别是层间碳酸根离子的反对称伸缩振动峰和面内弯曲振动峰，在1638cm-1附近的吸收带归属于层间水分子的弯曲振动。3455cm-1附近的峰是层上的氢氧根和层间水分子的羟基伸缩振动峰。
综合IR和XRD表征可知硬脂酸钠不在类水滑石的层间，而是吸附在合成类水滑石颗粒的外表面，表征结果证明实验中已成功对镁铝类水滑石进行表面改性。
3、阻燃剂的热性能分析
图3(a)-(d)分别给出了类水滑石(LDH)、聚磷酸铵(APP)、成炭泡发剂(CFA)和磷腈的TG-DTG曲线。
由图3(a)可知改性类水滑石样品展示了两个质量损失步骤。第一步质量损失发生在50～210℃的温度区间内，是物理吸附水和层间水的损失。相应的在DTG曲线上的最大热失重速率温度分别是174℃，在第一阶段的质量损失为15.0％。随着温度的进一步增加，第二步的质量损失发生在210～800℃的温度区间内，主要是类水滑石表面的硬脂酸根离子和层板上的氢氧根离子，以及层间碳酸根阴离子的移除，其质量损失为35.4％。最后的剩余物质是镁和铝的氧化物，其剩余质量为49.6％。
由图3(b)可知APP样品同样展示了两个质量损失步骤。第一步质量损失发生在50～344℃的温度区间内，主要是氨气、物理吸附水和层间水的损失，生成产物是聚磷酸，且在第一阶段的质量损失为23.0％。在345～800℃范围内快速分解，造成主链断裂，是由焦磷酸断裂为磷酸，同时形成多种聚磷酸恒沸物，在800℃时质量损失达71％。相应的在DTG曲线上的最大热失重速率温度分别是344℃和642℃，APP在294℃才开始失重，故热稳定性较高。
由图3(c)可知CFA样品也展示了两个质量损失步骤。第一步质量损失发生在50～351℃的温度区间内，是氨、物理吸附水和层间水的损失，相应的在DTG曲线上的最大热失重速率温度分别是307℃，在这一阶段的质量损失为17.8％。随着温度的进一步增加，第二步的质量损失主要发生在352～800℃范围内，是自身大分子链的断裂，相应的在DTG曲线上的最大热失重速率温度分别是448℃，其质量损失为59.1％，最后的产物是炭，其成炭率为23.1％。
由图3(d)可知磷腈样品只有一个质量损失步骤。磷腈的初始降解温度仅为88℃，在200℃时就已降解完全。对应的在DTG曲线上最大失重速率温度为160℃。磷腈受热分解释放出NH3和H2S等气体，磷腈化合物能更早的释放出气体，起到了隔绝氧气的作用，可以有效阻止聚烯烃燃烧过程中产生的易燃产物与空气中氧气的接触，进而起到阻燃作用。
4、类水滑石与EVA复合材料的性能分析
(1)热性能分析
图4和图5分别展示了含有阻燃剂为20wt.％添加量的复合材料的TGA和DTG曲线。其中，图5中曲线从上往下依次为1-8号复合材料。阻燃剂的加入导致EVA复合材料在50～300℃的温度范围内有一个较小的质量损失，这个质量损失步骤归因于阻燃剂中吸附水和结构水的蒸发，以及NH3和H2S等的损失。所有复合材料的质量损失过程主要发生在第二步热降解阶段，其温度区间在300～500℃范围内。主要是EVA的醋酸基、乙烯基以及阻燃剂的降解。磷腈/EVA复合材料的热降解温度是341℃，比纯EVA和其他复配阻燃剂的复合材料的热降解温度是351℃低，其值降低了10℃；LDH/EVA复合材料的热降解温度是364℃，比纯EVA和其他复配阻燃剂复合材料的热降解温度是351℃有所增加，其值增大了13℃。
在DTG曲线上阻燃剂的添加使得乙烯基链的热降解温度提高到475℃，比纯EVA的434℃提高了41℃。添加其他阻燃剂的复合材料的乙烯基链的热降解温度均比EVA有所提高。原因是由于在加热过程中类水滑石的吸热效应和其它阻燃剂分解释放的NH3、H2O和CO2能够有效地延迟乙烯基链的裂断。虽然四种阻燃剂的热降解温度各有不同，但是在高温时乙烯基链的热降解温度基本相同，主要是由于复配阻燃剂间协同作用所致。从以上分析可知，阻燃剂的添加大幅度地提高了在高温时乙烯基链的热降解温度。因此，所有复合材料均与纯EVA相比均展示了更高的热稳定性。
(2)复合材料的阻燃性能分析
为了直观展现阻燃剂对EVA阻燃性能影响的总体趋势，图6给出纯EVA和复合材料样品的氧指数图。从图6可知，样品1纯EVA的氧指数是18％，2～8号复合材料的氧指数值分别是29.1％、25.0％、21.6％、30.3％、31.5％、30.4％和30.8％。
与纯EVA相比，添加阻燃剂的复合材料的阻燃性能均有较明显的改善。仔细观察能够发现，改性镁铝类水滑石的添加量在复配阻燃剂中从1.6-3.2的6～8号复合材料的氧指数值大于只添加APP/CFA复配阻燃剂的3-5号复合材料，并且在添加改性类水滑石的所有复合材料中是先随着改性镁铝类水滑石的增加，其氧指数值变化没有规律性，当6号复合材料中以复配阻燃剂中改性镁铝类水滑石添加量为1.6g，APP为24g，CFA为8g和磷腈为2.4g时复合材料的氧指数达到最大，其值为31.5％，原因是由于磷腈中含有的大量氮磷键与其它三种阻燃剂复配起到了协同阻燃作用所致；当完全是由改性镁铝类水滑石作为阻燃剂的2号复合材料，其氧指数值在所有含改性类水滑石复合材料中最小，其值是29.1％。
以上分析可以得出结论，不同配比的改性镁铝类水滑石化合物其阻燃效果不同，且合适的配比中，以复配阻燃剂中改性镁铝类水滑石添加量为1.6g，APP为24g，CFA为8g和磷腈为2.4g时复合材料的氧指数达到最大值为31.5％。
(3)复合材料的力学性能分析
为了直观展现阻燃剂对EVA力学性能影响的总体趋势，图7和图8分别给出样品1纯EVA和2-8号复合材料的的拉伸强度和断裂伸长率数据的柱状图。
从图7可以看出，样品1纯EVA的拉伸强度值是19.58MPa。2～8号复合材料的拉伸强度值分别为4.0MPa、12.27MPa、17.12MPa、7.7MPa、14.27MPa、11.81MPa和13.02MPa，所有复合材料的强度均比纯EVA有所降低。然而，当复配阻燃剂中的改性镁铝类水滑石是1.6g、2.0g和3.2g时，其复合材料的拉伸强度值大于单独含有36g改性镁铝类水滑石作为阻燃剂的复合材料，这些复合材料的拉伸强度值表明，适量的类水滑石的添加，对于复合材料的强度的提高起到了补强的作用。且当单独添加磷腈阻燃剂时其拉伸强度为17.12MPa，明显高于其他阻燃剂复合材料的拉伸强度值。
从图8可以看出，纯EVA的断裂伸长率值是1716％，2～8号复合材料的断裂伸长率值分别为1302％、1535％、1693％、1387％、1656％、1594％和1753％。与纯EVA相比，当复配阻燃剂中的改性镁铝类水滑石是3.2g时的复合材料的拉伸强度值大于纯EVA。由此可见，适量的改性镁铝类水滑石的添加可以与APP和CFA起到协同增韧的作用。而其他复合材料的拉伸强度值均小于EVA。
四、结论
本实施方式合成了硬脂酸钠改性的镁铝类水滑石，并将其与APP、CFA和磷腈(Cl6N3P3)复配成具有协同作用的膨胀阻燃剂，分别将纯类水滑石和复配阻燃剂与EVA制成复合材料，从而研究膨胀阻燃剂对EVA的阻燃性能、力学性能和热稳定性的影响。所得结论如下：
(1)通过XRD谱图分析可证明，类水滑石的特征衍射峰说明均成功合成出了硬脂酸钠表面改性的镁铝类水滑石。
(2)通过FT-IR分析可证明，所合成的物质是硬脂酸钠表面改性的镁铝类水滑石。
(3)类水滑石、APP、CFA和膦腈的热分析测试表明，膦腈只有一步质量损失步骤，且热降解温度最低，仅有160℃；而其它三个阻燃剂均有两步质量损失，APP的热降解温度最高，其值达到642℃，CFA在所有阻燃剂中有最大的成炭率，其值为23.1％。四种阻燃剂之间的协同作用有利于EVA热稳定性和阻燃性能的提高。
(4)阻燃性能分析表明，硬脂酸钠表面改性的类水滑石可以增加EVA的阻燃性能，而将类水滑石与APP、CFA和磷腈复配成特定比例的膨胀阻燃剂，其阻燃性能相对于类水滑石来说展示了较大的提高。复配阻燃剂中镁铝改性类水滑石添加量为1.6g，APP为24g、CFA为8g和磷腈为2.4g时复合材料的氧指数达到最大，即其阻燃效果最好。
(5)力学性能分析表明，当复配阻燃剂中改性镁铝类水滑石添加量合适时，其复合材料的拉伸强度值明显大于磷腈作为阻燃剂的复合材料；断裂伸长率数据指出合适量的改性镁铝类水滑石的添加可以与APP和CFA起到协同增韧的作用，其韧性强于纯EVA。
(6)热分析分析表明，阻燃剂的添加使复合材料的热失重速率温度升高。从以上分析可知，阻燃剂的添加使得乙烯基链的热降解温度提高到475度，比纯EVA的434度提高了41度。类水滑石不仅对EVA的醋酸热降解温度展示了提高，而且也最大的提高了在高温时乙烯基链的热降解温度。因此，所有复合材料均比纯EVA有更高的热稳定性。
具体实施方式二：本实施方式提供了一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，采用共沉淀法和微波晶化法以硝酸镁、硝酸铝和混合碱为原料合成镁铝类水滑石(MgAl-LDH)，然后采用硬脂酸钠对镁铝类水滑石进行表面改性，并通过XRD、FT-IR和接触角对类水滑石样品进行表征。将类水滑石、聚磷酸铵(APP)和成炭发泡剂(CFA)和磷腈(Cl6N3P3)以不同的比例复配成协同膨胀阻燃剂，并以阻燃剂为20％的质量比与聚丙烯混合制成复合材料。通过氧指数和力学测试对复合材料的阻燃和力学性能进行研究。具体内容如下：
一、镁铝类水滑石的合成及改性
采用共沉淀法和微波晶化法制备改性镁铝类水滑石(MgAl-LDH)，具体步骤如下：
(1)分别配置1mol/L的硝酸镁、硝酸铝的水溶液1L。
(2)取70mL硝酸铝及280mL硝酸镁，得到混合盐溶液；再取1.2mol/L Na2CO3和0.9mol/L NaOH混合碱500mL待用。
(3)在70℃水浴及不断搅拌下分别由两恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加混合盐及混合碱，控制溶液pH为8～9，滴完后反应1小时。
(4)向溶液中加入0.225g硬脂酸钠改性2小时。
(5)将溶液倒入500mL烧杯中，70℃下微波晶化30分钟。
(6)将溶液洗涤至pH＝7，抽滤、干燥样品。
(7)称重装袋。
二、复配阻燃剂与聚丙烯混料与加工
采用转矩测量仪混料，设定温度为170℃，转速60r/min，混料时间为10分钟。出料后立即压板，防止产生过多气泡，影响测定结果，取出后在平板硫化机上压片，热压温度为150℃，热压时间为2min，压力10Mpa；之后再冷压，氧指数测定板厚为3mm，力学性能测定板厚为1mm。
聚丙烯与阻燃剂总质量为180g，其中阻燃剂占复合材料总质量的20％。表2给出纯聚丙烯和复合材料的配方，其中复配阻燃剂中APP与CFA的质量比为3：1，通过改变类水滑石的量来考察复配阻燃剂的协同作用。
表2复合材料配方
三、结果分析
1、X-射线衍射(XRD)分析
同可见光一样，X射线也具有波动性，因此可以发生衍射。对于固体晶态化合物来说，没有任何两种化合物的化学成分和晶体结构是相同的，成分和结构不同的晶体其粉末的衍射数据也是不同的。X射线粉晶衍射仪可以通过计数器和测角仪记录衍射线的强度和方向，从而获得衍射数据。
本实施方式主要通过XRD来确定镁铝类水滑石的晶体结构与层板之间的晶面间距。图9为改性镁铝类水滑石的XRD谱图，由图9可知，合成的样品具有类水滑石的(003)、(006)、(012)、(015)、(018)和(110)等特征衍射峰，XRD结果表明改性镁铝类水滑石获得成功。并且改性镁铝类水滑石d(003)值分别是从d(003)值可以确定合成的类水滑石的层间阴离子为碳酸根离子，没有硬脂酸根离子的存在。
2、改性类水滑石的FT-IR分析
图10为改性镁铝类水滑石的IR谱图，从图10中可以看出，2个样品均在3455cm-1和1638cm-1出现明显的吸收峰。在1638cm-1附近的吸收带是层间水分子的弯曲振动峰；1376cm-1附近的谱带和665cm-1附近出现的吸收带分别是层间碳酸根离子的反对称伸缩振动峰和面内弯曲振动峰，而在796cm-1附近出现的肩峰则是碳酸根的面外变形振动特征峰，是对于改性的镁铝类水滑石在2919cm-1和2842cm-1附近出现的吸收峰则为硬脂酸钠的甲基、亚甲基的伸缩振动吸收峰。由于XRD结果已证明硬脂酸钠不在类水滑石的层间，表明硬脂酸钠是吸附在类水滑石颗粒表面，证明实验中对镁铝类水滑石的表面改性获得成功。
3、类水滑石与聚丙烯复合材料的性能分析
(1)氧指数分析
表3给出了改性镁铝类水滑石-PP复合材料的氧指数数值。从表3中数据可知，含有20％改性镁铝类水滑石阻燃剂的复合材料的氧指数从纯PP的19.3％增加到25.2％。而20％膦腈作为阻燃剂的复合材料的氧指数增加到28.9％。由类水滑石、膦腈、APP和CFA复配阻燃剂的复合材料的氧指数已超过37％，特别是样品-2复配阻燃剂中镁铝改性类水滑石添加量为1.6g，磷腈为2.4g，APP为24g和CFA为8g时复合材料的氧指数已达到38.4％，在所有复合材料中展示了最好的阻燃性能。
表3氧指数的数值
(2)力学性能分析
为了直观展现阻燃剂对PP力学性能影响的总体趋势，图11和图12分别给出样品1纯PP和2～6号复合材料的的拉伸强度和断裂伸长率数据的柱状图。从图11可以看出，样品1～6为纯PP和5个复合材料的拉伸强度值，其值分别是24.87、28.43、25.41、18.56、20.12、19.88MPa，通过比较可知，添加1.6g和2g改性类水滑石的复合材料的拉伸强度比纯PP有所提高。而含36g磷腈的复合材料表现出来的拉伸强度是最小的。拉伸强度数据显示通过添加适当含量的改性镁铝类水滑石、APP、CFA和磷腈等，阻燃剂间的协同作用可使得复合材料的强度好于纯PP。从图12可以看出，样品1～6为纯PP和5个复合材料的断裂伸长率值，其值分别是19.28％、15.34％、16.93％、6.255％、14.10％、12.96％。从图中数据可知，纯PP的断裂伸长率值在所有样品中是最大。添加类水滑石的量为3.2g，磷腈为0.8g的复合材料的断裂伸长率展示了最低值。
(3)热分析
通过热分析得到了TGA、DTG两条曲线。图13给出了TGA曲线，图14给出了DTG曲线。
图13和图14分别展示了添加硬脂酸钠表面改性的镁铝水滑石复合材料的TGA和DTG曲线。类水滑石的加入导致PP复合材料在150～300℃的温度范围内有一个小的质量损失，这个损失归因于类水滑石层间水和结构水的蒸发。所有复合材料的质量损失过程主要发生在后面两个热降解阶段，其温度区间在350～550℃范围内。所有含类水滑石复配阻燃剂均提高了复合材料的碳链的热降解温度。原因是由于在加热过程中类水滑石的吸热效应和分解释放的H2O和CO2有效地延迟了的碳链裂断。并且，类水滑石与CFA/APP/磷腈体系的协同作用对提高在高温时乙烯基链的热降解温度起了很大的作用。使得含类水滑石的复配阻燃剂阻燃的复合材料高温下的热稳定性均明显强于纯PP。
四、结论
(1)通过XRD谱图分析可证明，类水滑石的特征衍射峰说明成功合成出了硬脂酸钠表面改性的镁铝类水滑石。
(2)通过傅立叶红外光谱分析可证明，所合成的化合物是硬脂酸钠表面改性的镁铝类水滑石。
(3)阻燃性能分析表明，硬脂酸钠表面改性的类水滑石可以增加PP的阻燃性能，而将类水滑石与APP和CFA和磷腈复配成特定比例的膨胀阻燃剂，其阻燃性能相对于单独类水滑石有明显提升。复配阻燃剂中镁铝改性类水滑石添加量为1.6g、磷腈为2.4g、APP为24g和CFA为8g时复合材料的氧指数达到最大。
(4)力学性能测试分析表明，添加APP24g、CFA8g、LDH1.6g和磷腈2.4g的样品的拉伸强度最大。
(5)含类水滑石复合材料在高温下的热稳定性明显强于纯PP。协效剂的加入能够改变PP的热降解及燃烧行为,催化促进体系在较低的温度下分解碳化，达到更高的阻燃效果。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一、二不同的是，所述磷腈为六对羧基苯氧基环三磷腈、苯氧基磷腈、对羧基苯氧基磷腈、聚氨基磷腈或烃氧基磷腈。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二、三不同的是，所述NaOH的浓度为0.6M，Na2CO3的浓度为0.45M。

Claims (8)

1.一种改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述复配阻燃剂由改性镁铝类水滑石、聚磷酸铵、成炭发泡剂和磷腈复配而成。
2.根据权利要求1所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述改性镁铝类水滑石、聚磷酸铵、成炭发泡剂和磷腈的质量比为1.6～3.2∶24∶8∶0.8～2.4。
3.根据权利要求1所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述改性镁铝类水滑石、聚磷酸铵、成炭发泡剂和磷腈的质量比为1.6∶24∶8∶2.4。
4.根据权利要求1所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述改性镁铝类水滑石、聚磷酸铵、成炭发泡剂和磷腈的质量比为2∶24∶8∶2。
5.根据权利要求1所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述改性镁铝类水滑石、聚磷酸铵、成炭发泡剂和磷腈的质量比为3.2∶24∶8∶0.2。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述磷腈为六氯环三膦腈、六对羧基苯氧基环三磷腈、苯氧基磷腈、对羧基苯氧基磷腈、聚氨基磷腈或烃氧基磷腈。
7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述成炭发泡剂的化学结构式如下：
8.根据权利要求1、2、3、4或5所述的改性镁铝类水滑石/聚磷酸铵/成炭发泡剂/磷腈复配阻燃剂，其特征在于所述改性镁铝类水滑石的制备步骤如下：
(1)分别配置0.5～1.5mol/L的硝酸镁、硝酸铝的水溶液1L；
(2)取70mL硝酸铝及280mL硝酸镁得到混合盐溶液；取500～600mL、0.6～1.2M NaOH和0.45～0.9M Na2CO3混合碱待用；
(3)在60～80℃水浴及不断搅拌下，通过两端的恒压滴液漏斗向四口瓶中滴加混合盐及混合碱，控制溶液pH为8～9，滴完后共沉淀反应0.5～1.5h；
(4)向溶液中加入0.2～0.25g硬脂酸钠改性1～3h；
(5)将溶液倒入500mL烧杯中，并在30～90℃下微波晶化10～90分钟；
(6)用蒸馏水将溶液洗涤至pH＝7，抽滤、干燥，得到改性镁铝类水滑石。
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