摘要: 聚丙烯（Polypropylene，称PP）是一种半结晶的热塑性塑料，具有机械性质优良，耐化学腐蚀，电绝缘性能优异以及易加工等优点，在日常生活和工业中有广泛的应用，是五大通用塑料之一。然而，其极易燃烧的性质给人们的生命财产安全带来了极大的威胁。因... 展开 聚丙烯（Polypropylene，称PP）是一种半结晶的热塑性塑料，具有机械性质优良，耐化学腐蚀，电绝缘性能优异以及易加工等优点，在日常生活和工业中有广泛的应用，是五大通用塑料之一。然而，其极易燃烧的性质给人们的生命财产安全带来了极大的威胁。因此，对PP进行阻燃处理具有十分重要的意义。目前，传统卤素阻燃剂暴露出诸多缺陷，对环境和人们身体健康都产生危害。因此开发环保的新型无卤阻燃剂成为PP阻燃研究的热点。碳基阻燃剂作为一类新兴阻燃剂，在高聚物的阻燃改性中表现出“无卤、环保、高效”的优势。一些常见碳材料如富勒烯、石墨烯、石墨、炭黑等在阻燃PP中都得到了应用，很少的添加量就取得优异的阻燃性能。碳微球作为碳基阻燃材料家族中的一员，由于拥有制备简单、价格低廉等优点，在聚合物阻燃领域引起广泛关注。研究表明其具有优异的阻燃效率，然而当添加到聚合物中，无法达到抑烟要求。水滑石，同时也被叫作阴离子粘土，是一种无卤、环保的阻燃剂，有极好的抑烟性，但自身具有阻燃效率低且与聚合物相容性差的缺点。因此，将水滑石的高抑烟性与碳微球的高阻燃性结合起来，有望构筑一类抑烟显著的高效阻燃剂。 本文将利用共沉淀法将水滑石负载在碳微球表面形成核壳杂化阻燃剂CMSs@LDH，然后将其应用于PP阻燃，对其阻燃性能、抑烟性能及机械性能进行了系统研究。之后分别利用生物基木质素磺酸铜和氮磷阻燃剂磷腈对CMSs@LDH进行改性，以期通过提高其疏水性，进而增强复合材料的阻燃性能、抑烟性能，同时改善复合材料的机械性能。具体研究工作如下： (1)采用水热法将木糖制备成碳微球(CMSs)，然后利用共沉淀法将水滑石包覆到碳微球表面，制备出核壳杂化阻燃剂碳微球@水滑石(CMSs@LDH)，并将其应用于PP中。通过XRD、FTIR、SEM、TG/DTG和WCA等表征测试了CMSs及CMSs@LDH阻燃剂的形貌特征，微观结构等，通过TGA、CCT表征了PP复合材料的阻燃与力学性能。结果表明：LDH成功包覆到CMSs表面，一定程度地提高了CMSs的疏水性。将CMSs与CMSs@LDH作为填充剂分别添加到PP中，PP/CMSs@LDH的阻燃性能，抑烟性能和机械性能均优于PP/CMSs。当添加量为4wt%时，PP/CMSs@LDH的LOI值为27.1%，并达到UL-94V-1级。与纯PP相比，PP/CMSs@LDH热释放速率峰值、热释放总量和总烟雾量分别降至934.6kW·m–2，84.5MJ·m–2和10.7m2，下降了16.8%、10.7%和12.3%。 (2)为了改善阻燃剂与PP基体之间的相容性和界面结合性，利用木质素磺酸盐对金属离子的螯合作用，在核壳阻燃剂CMSs@LDH表面包裹一层木质素磺酸铜囊壳，制成具有双壳结构阻燃剂CMSs@LDH@CLS，并将其应用于PP中。结果表明：该方法有效地提高了CMSs@LDH@CLS与PP的相容性，提升了PP复合材料的阻燃性能，改善了复合材料的力学性能。当阻燃剂的添加量为4.0wt%时，PP/CMSs@LDH@CLS的LOI值为29.3%，并达到UL-94V-0级。与纯PP相比，PP/CMSs@LDH@CLS热释放速率峰值、热释放总量和总烟雾量分别降至863.2kW·m–2，74.5MJ·m–2和9.3m2，下降了23.2%、21.6%和23.1%。 (3)进一步研究改善阻燃剂CMSs@LDH与PP基体之间的相容性，采用了原位聚合法在CMSs@LDH表面包覆一层聚磷腈外壳，制备双壳型阻燃剂CMSs@LDH@PZN，并将其应用于PP中。结果表明：该方法有效地提高了CMSs@LDH与PP的相容性，提升了PP复合材料的阻燃性能，改善了复合材料的力学性能。当阻燃剂的添加量为4.0wt%时，PP/CMSs@LDH@PZN的LOI值为29.6%，并达到UL-94V-0级。与纯PP相比，PP/CMSs@LDH@PZN热释放速率峰值、热释放总量和总烟雾量分别降至797.2kW·m–2，77.5MJ·m–2和9.9m2，下降了29.0%、18.4%和18.2%。 收起