MgAlZnFe—CO3LDHs对PBS膨胀阻燃体系性能的影响.pdf

Vo1．34 高 等 学校 化 学 学报 No．12 2013年 12月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSIT1ES 2903～2910 doi：10．7503／ejc MgAIZnFe—CO3LDHs对 PBS膨胀阻燃 体系性能的影响 刘跃军，毛 龙 (湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室，株洲412007) 摘要 采用恒定pH值共沉淀法在 自制反应器中合成了不同原料配比的碳酸根型镁铝锌铁层状双羟基金属 氧化物 (MgAlZnFe—CO，LDHs)，并通过熔融共混MgA1ZnFe—COLDHs、聚磷酸铵 (APP)、三聚氰胺 (MA)和全 降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)制备出PBS膨胀阻燃材料．采用傅里叶红外光谱 (F11R)、热失重(TG)、 X射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及元素分析(ICP)对 MgA1ZnFe-CO，LDHs进行了表征 ，并对PBS 膨胀体系进行了力学性能和阻燃性能等测试．结果表明，当Mg ，Zn ，A1¨和Fe¨的摩尔比为9：3：3：1时， 合成的MgAIZnFe—CO，LDHs热稳定性最好，晶态结构规整，呈形貌规则 的六边形片状；当MgA1ZnFe．CO LDHs的添加质量分数为 1％时(阻燃剂的总添加质量分数为20％)时，PBS膨胀阻燃体系的极限氧指数 (LOI)达到35％，垂直燃烧测试达到 UL一94V 级别，力学性能得到较大改善．实验结果表明，低添加量的 MgA1ZnFe-CO，LDHs与膨胀阻燃剂(IFR)协效阻燃PBS，一方面能够改善膨胀阻燃剂恶化PBS力学性能的现 象，另一方面协同效应能够明显提高PBS的阻燃性能． 关键词 聚丁二酸丁二醇酯；碳酸根型镁铝锌铁层状双羟基金属氧化物；膨胀阻燃；力学性能 中图分类号 O631 文献标志码 A 作为国家科技部 “十一五”规划重点发展的完全可降解塑料，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)因其 良好的 综合性能而备受关注．但PBS易燃，且在燃烧过程中容易产生熔融滴落现象，可能引燃其它材料从而 造成火灾，特别是用于电子电器及交通工具等工业领域时，具有很大的火灾危险性，使得 PBS的应用 受到限制…，因此对PBS进行阻燃改性迫在眉睫． 关于PBS阻燃性能研究的报道较少．一般通过PBS与无机阻燃剂熔融共混来达到阻燃改性的目 的．Wang等L2研究了多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)和石墨烯(Graphene)协效三聚氰胺磷酸盐(MPP) 阻燃PBS，发现POSS和石墨烯的引入均降低了PBS的结晶性能，但提高了复合材料的拉伸强度，改性 PBS的极限氧指数(LOI)值最高达到34％；Chen等 以聚磷酸铵 (APP)和三聚氰胺(MA)为膨胀阻燃 剂的酸源和气源，以二氧化硅为协效阻燃剂，制备出性能优异的膨胀阻燃材料，并进行了燃烧性能和 热降解行为研究，但并未对PBS的力学性能作出评价；Kuan等 以APP为阻燃剂，通过水交联技术 制备了具有优异的阻燃性能和抗熔融滴落性能的PBS，但在一定程度上降低了其力学性能． 层状双羟基金属氧化物(LDHs)是一类典型的阴离子型层状材料，其构筑单元及结构的可控性和 多样性为材料的应用提供了广阔前景 ’。J．近年来，以LDHs制备的纳米复合材料越来越引起人们的重 视，然而在前期的探索实验中发现，在PBS中单独添加碳酸根型镁铝锌铁层状双羟基金属氧化物 (MgA1ZnFe．COLDHs)仍然解决不了PBS燃烧产生熔滴的问题，本文在采用恒定 pH值共沉淀法合成 MgA1ZnFe—CO LDHs的基础上，引入常用的膨胀阻燃剂 IFR(APP作为酸源和气源，MA作为气源)，通 过熔融共混得到PBS膨胀阻燃体系，探讨了MgA1ZnFe．CO，LDHs添加量对 PBS膨胀阻燃体系结构和 性能的影响． 收稿 日期：2013-05-06． 基金项 目：国家 自然科学基金 (批准号、教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号