阻燃與共混聚合物納米復(fù)合材料

1、8 阻燃與共混聚合物納米復(fù)合材料8.1 介紹在過去十年里，作為在應(yīng)用中被證明和在文獻(xiàn)中被大量報道的，納米粘土作為添加劑在提高強度和聚合物阻燃表現(xiàn)中被廣泛應(yīng)用。盡管在像控制氧化燃燒時間現(xiàn)象等一些方面仍然不太明確，納米粘土反應(yīng)的機(jī)理現(xiàn)在已經(jīng)被較好的理解。在納米復(fù)合材料聚合物燃燒時，表面層在純聚合物上方形成，因為少量的熱量被轉(zhuǎn)移到?jīng)]有分解的材料中，它作為質(zhì)量和熱量的保護(hù)物，減緩了質(zhì)量輸送分解的氣體到表面層。而且，在納米粒子表現(xiàn)中，在表面層的表面溫度增加的遠(yuǎn)超過所謂的聚合物氧化濃度，這就導(dǎo)致了表面再輻射丟失，因此，減少的熱量轉(zhuǎn)化為固體。表面層的形成通過錐形量熱儀已經(jīng)被大量研究所觀察，通過對相當(dāng)?shù)谋悠?/p>

2、觀察，相對于純聚合物的熱量釋放速率（PHRR）它有一個很明顯的下降。 Zhang, Delichatsios,和Bourbigot也研究了表面層數(shù)字上的影響，發(fā)現(xiàn)在表面層界面的熱量轉(zhuǎn)移的減少，純聚合物與大量經(jīng)過退化分解的保留在表面上的納米微粒正好成相反比例（如果納米顆粒的密度少于10%）。近年來，納米粘土已經(jīng)被用于共混聚合物中。聚合物共混相比那些單一的實現(xiàn)性能的組分更具優(yōu)勢，是一種有用并且實際的技術(shù)。共混聚合物一個顯著的優(yōu)點是，作為設(shè)計與合成全新的單體和聚合物，它減少實驗和發(fā)展開支。共混聚合物經(jīng)常提供新聚合物結(jié)構(gòu)不宜獲得的側(cè)面結(jié)合的性能。這些優(yōu)勢能增加實驗趣味性，并且也能找到共混聚合物綜合的評

3、論。概括來說共混聚合物可以分為三類：易混合的，部分易混合的，和不能混合的混合物。一個基于混合物類型的基礎(chǔ)的詳細(xì)的分類被展現(xiàn)：彈性混合物，工程共混聚合物，包含透明聚合物的混合物，沖擊性改進(jìn)的混合物，液相透明共混聚合物等等。共混聚合物現(xiàn)在已被廣泛的應(yīng)用，包括自動化工業(yè)、計算機(jī)和其它商業(yè)機(jī)器外殼、電子部件、電器用具、消耗產(chǎn)品、建筑和工業(yè)應(yīng)用。大多數(shù)應(yīng)用要求共混聚合物有良好的火性能，但是不幸的是，因為自然界的聚合物（低可燃性，高熱量燃燒性，和熔化趨勢)，所以對大多數(shù)共混聚合物并不是這種情況，。因此，傳統(tǒng)的阻燃劑（主要是氧化物），最近，在被要求有良好的煙氣層溫度的應(yīng)用中納米粘土被添加到共混聚合物體系。盡

4、管在純聚合物納米粘土阻燃影響上有大量的研究，但是卻只有相當(dāng)少的關(guān)于對引導(dǎo)共混聚合物體系研究。在表格8.1中，共混聚合物和測試整理如下。從這張表格中，非常明確的可以知道大多數(shù)都致力于共混聚合物納米復(fù)合材料的形態(tài)學(xué)和熱穩(wěn)定性的研究；很少有研究實際上注意它們的阻燃性。盡管如此，這些研究已經(jīng)得出結(jié)論：往共混聚合物里添加納米粘土在：（a）機(jī)械性能，（b）增容作用，（c）粘度，（d）熱穩(wěn)定性，（e）阻燃性等方面有顯著進(jìn)展。在這篇文章中，我們通過基于作者的經(jīng)驗和文獻(xiàn)陳述了一篇關(guān)于納米粘土延緩劑在共混聚合物中應(yīng)用的摘要。因為這項工作的主要目的是納米粘土在共混聚合物中阻燃影響的研究，所以我們主要從：（a）納米粘

5、土的散布，（b）流變學(xué)，（c）熱穩(wěn)定性，（d）阻燃性（氧化、火勢范圍、毒性）幾個方面來研究影響共混聚合物阻燃性能的表現(xiàn)，納米粘土對機(jī)械性能與增容作用的影響在文獻(xiàn)中很容易的被發(fā)現(xiàn)并列在表8.1中。一個關(guān)于納米微粒在共混聚合物中參與的機(jī)械性能也在其中。這篇文章按下列方式進(jìn)行組織。首先，我們采用相同的技術(shù)對在共混聚合物中離散的納米粘土進(jìn)行表征。離散的水平已經(jīng)被展現(xiàn)對聚合物有一個基礎(chǔ)的阻燃影響納米復(fù)合材料粘土作為一個片狀脫落和夾層的聚合物粘土體系似乎享受這種減少阻燃性。第二，納米粘土在共混聚合物的粘性的影響也被討論。在氧化燃燒時隨著濃縮相溫度的增加，大多數(shù)聚合物在它們自身重量下能夠有效在較低的粘度下流

6、動。這是超級不受歡迎的，尤其是當(dāng)最后的產(chǎn)品在垂直方向上應(yīng)用的時候，因為融化物會滴下，就有形成火災(zāi)的潛在可能，這樣會增加火勢范圍。熱穩(wěn)定性結(jié)果將在接下來提到，緊隨其后的是錐形量熱儀。納米粘土在溶解漸混純納米粘土 (NC) 和乙烯-醋酸乙烯共聚物/低密度聚乙烯/純納米粘土（ EVA/LDPE/NC）的影響表現(xiàn)在圖8.1X射線衍射圖形上。這是經(jīng)過 Zhang 以及其他人允許后作出修改的。 EVA/LDPE納米復(fù)合材料的燃燒速率在之前通過對純納米復(fù)合材料聚合物研究的成熟方法進(jìn)行了驗證。最后，從文獻(xiàn)的關(guān)建中發(fā)現(xiàn)納米粘土和其他的阻燃劑的協(xié)同影響的可能性被展現(xiàn)。8.2形態(tài)學(xué)表征8.2.1散布表征正如表8.1

7、所展現(xiàn)的，這些技術(shù)通常應(yīng)用于聚合物粘土體系【像XRD、SEM（掃描電鏡）、TEM(橫向電磁場)也被應(yīng)用于納米復(fù)合材料共混聚合物】。雖然有效，但是由于在離散水平確定的困難性（比如剝落物和插入），SEM、TEM的結(jié)果是定性的。相比較而言，XRD在納米粘土的離散中提供更多的定性數(shù)據(jù)。在這一部分，將只展示XRD測試的結(jié)果，有興趣的讀者可以從表8.1中SEM和TEM相關(guān)的文獻(xiàn)中查找這些東西。XRD包括解釋有一段固定波長的樣品的X-射線，基于反射輻射所記錄的強度，計算出粘土片晶的距離。研究表明，與純納米粘土相比較納米復(fù)合材料共混聚合物有一個散射角的減少，大約2（和粘土片晶有相反的比例）。圖8.1展示了一個

8、關(guān)于乙烯基醋酸鹽/低密度聚乙烯（EVA/LDPE）通過有機(jī)蒙脫土(OMMT, 5 wt%) 改良的混合物的XRD的分析例子，測試通過用 CuK 輻射 ( = 154,062 A) 在連續(xù)模式 (step 0.02º，1 秒獲得時間)下進(jìn)行菲利普斯X伯特衍射得到。純納米粘土集中在 3.0º 2顯現(xiàn)了一個衍射標(biāo)記，反映出夾層平均距離是 29.4 A，這對有機(jī)蒙脫土是非常有價值的。EVA/LDPE的組成基礎(chǔ)的材料完整的在表8.2中列出，它們也在這篇文章中廣泛使用。EVA/LDPE混合物通過有機(jī)粘土（OMMT）和兩種阻燃劑（氫氧化鋁（ATH）、氫氧化鎂（MH）改良而成。對于 EVA

9、/LDPE/納米粘土，對應(yīng)的標(biāo)志轉(zhuǎn)變成2.3 2，代表著平均夾層距離是38.4 A （與純OMMT相比較來說增加了9 A），表明了在納米粘土偏激聚合物鏈的可能性。這個發(fā)現(xiàn)正如圖8.2所列出的一樣通過 EVA/LDPE/NC的SEM 顯微照片提供支持，在聚合物模型中沒有檢測到大的類晶團(tuán)聚體，表明黏土的離散是亞微米級別的。Acharya 和 Gcwabaza 等其他人通過XRD分別研究了納米粘土裝填到引導(dǎo)納米復(fù)合材料共混聚合物對一個乙烯丙烯二烯三元共聚物 (EPDM)（三元乙稀橡膠）/EVA和一個聚丙烯/聚酯（丁烯琥珀酸鹽）（(PP/PBS）混合物形態(tài)學(xué)上的影響。兩個研究都表明由于隨著納米粘土填入

10、量的增加納米粘土強度衍射峰的增長，但是(2) 位置的峰似乎并沒有隨著納米粘土的增加而有所影響。8.2.2粘度為了增加共混聚合物的粘度，添加劑（像傳統(tǒng)的阻燃劑（主要是氧化物）和最近用的納米粘土）被加入到共混聚合物體系。像報道中那樣，現(xiàn)在的作者最近進(jìn)行 EVA/LDPE納米復(fù)合材料動力學(xué)流變學(xué)的測量。圖8.3（a）和（b）分別比較了EVA/LDPE混合物和沒有納米粘土作為溫度和頻率的功能的復(fù)雜粘度。通過一個 RDA II型動力學(xué)分析流變計電流計測量在1mm-厚的樣品得出結(jié)果。在恒定溫度 (140C) 和拉力振幅 從0.1-100 rad/s進(jìn)行頻率掃描測試。對溫度掃描測試，樣品在氮氣環(huán)境下及穩(wěn)定的

11、流動下 (10 rad/s) 和拉力振幅 (10%)從300加熱到500ºC（15C/min）。兩項實驗中，純混合物中添加 5 wt%的納米粘土對粘性的增大是意義重大的。對于圖8.3（a）中的流率掃描實驗中，與純混合物在 0.35相比，EVA/LDPE/納米粘土在 0.54表現(xiàn)出了絕對的組分力切變稀釋，表明聚合物粘土和粘土相互作用的重要性，并且因此表明插入納米復(fù)合材料體系也被XRD分析所支持，與純混合物相比聚丁烯/納米粘土在直徑間距有一個 9 A的轉(zhuǎn)變。在圖8.3（b）的溫度掃描實驗中表明純混合物的粘度在400ºc左右增加到峰值，這很有可能是因為脫乙酰作用和輕泡沫與EVA聚

12、合物的局部交叉連接有關(guān)。這個峰保留在EVA/LDPE/納米粘土中，但是它的量級增長是顯著的，這表明沒有融化滴落并且因此在納米粘土表現(xiàn)中減小阻燃性。圖8.3的結(jié)果與其他實驗者的結(jié)果相一致，它也研究了納米粘土對共混聚合物在粘度上的影響。Lee和其他人在一個聚甲基丙烯酸甲基（PMMA）/聚酯（苯乙烯丙烯腈）（poly(styrene-co-acrylonitrile)）中用三種納米粘土，自然的（Cloisite Na+）和兩個有機(jī)改良的甲基戊基三羰基錳（MMTs (Cloisite 25A and Cloisite 15A)），在 聚甲基丙烯酸甲基/聚（苯乙烯丙烯腈）（PMMA/SAN）混合物中發(fā)現(xiàn)

13、有機(jī)改良蒙脫土（OMMTs）能顯著增加粘度，然而最初的MMT幾乎沒什么影響。同樣的，在文獻(xiàn)中，尼龍6/高密度聚乙烯 (PA6/HDPE) 混合物和OMMT一起尤其是在低流率范圍內(nèi)能增加其粘度。納米粘土(C20A)在PP/PBS混合物中的粘度也被測試，隨著納米粘土的導(dǎo)入能觀察到粘度的劇增。這個結(jié)果也表明存在一個有爭議的加入（這個實驗中是1%）是因為在高 C20A加入后網(wǎng)狀物或凝膠狀結(jié)構(gòu)的形成使得它對應(yīng)于由液相轉(zhuǎn)為固相。8.3熱重分析盡管像示差掃描量熱法和示差熱分析等技術(shù)都被應(yīng)用到共混聚合物中，但是熱重分析（TGA）是應(yīng)用最廣泛的熱分析技術(shù)。在這一部分，由于（初始降解溫度、降解速率和一些活躍的參量

14、）的結(jié)果在材料對火災(zāi)阻燃性的代表性，我們將僅限于對TGA的討論。圖8.4表明了純 EVA/LDPE混合物和EVA/LDPE納米復(fù)合材料在空氣和氮氣環(huán)境下的熱重?fù)p失 (%)和降解速率 (%/C) 。在氮氣環(huán)境下，EVA/LDPE和EVA/LDPE納米復(fù)合材料的剖面圖是相似的，都表現(xiàn)出了兩步降解。第一步，發(fā)生在300 到 400C之間，就像是和乙酸損失對應(yīng)的一樣，然而第二步包括了通過進(jìn)一步的原子團(tuán)分離導(dǎo)致主干的熱降解。納米粘土的存在加速了EVA的脫乙酰作用，這和 Zanetti等人的結(jié)果是一致的。第二步重量損失也受納米粘土存在的影響，與 EVA/LDPE相比，EVA/LDPE/NC 第二步的重量損

15、失開始較早些，這可能與通過納米粘土誘導(dǎo)了聚合物起催化作用有關(guān)，這個結(jié)果也與文獻(xiàn)中對 PE 和PP測試結(jié)果一致。熱氧化降解由于氧氣的存在提升了額外的降解方法而變得更加復(fù)雜。像圖8.4所表示的一樣，EVA/LDPE和EVA/LDPE/NC的降解主要包括三步分解。在氮氣中主要重量降解的兩步仍保留在熱氧化環(huán)境中。但是，在實驗的最后有一個額外的步驟，就是在反應(yīng)步驟中氧化時有一個含碳?xì)堅男纬伞＜{米粘土的存在看起來能通過表面層的形成作為不降解材料質(zhì)量和熱障礙促進(jìn)純混合物的熱氧化穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致了整體的質(zhì)量損失減緩。盡管納米粘土的增加使最大質(zhì)量損失速率是減少的，但是當(dāng)它發(fā)生時溫度是沒有影響的。帶有納米粘土的

16、共混聚合物熱穩(wěn)定性在熱氧化環(huán)境中的增長也被其他作者所報道過。比如說，Yu和 Gcwabaza 等人測試了納米粘土 (OMMT)加入到聚左旋乳酸/聚乙內(nèi)酯/PP/PBS (PLLA/PCL/PP/PBS)混合物的TGA結(jié)果影響。這個結(jié)果分別在圖8.5和8.6中展現(xiàn)。兩個圖都表明隨著加入少量的OMMT，在共混聚合物中熱穩(wěn)定性有一個顯著的增長。從圖8.5和8.6中也能看到一個最佳粘土加入量的存在，超過它熱穩(wěn)定性沒有進(jìn)一步的改進(jìn)，在某些案例中，甚至還能觀測到它減少。這是因為幾何學(xué)約束條件限制了大量的高縱橫比硅酸鹽層的薄片脫層。此外，在圖8.6中 PP/PBS 混合物中隨著高納米粘土(大約3%)的加入，

17、納米復(fù)合材料共混聚合物表現(xiàn)出兩步降解，堆層和插層在混合物模型中是分散的。第一步可能是由于分散鏈，帶有一些氧化性，第二步是因為氧化反應(yīng)。8.4錐形量熱儀阻燃性測試包括 (a) UL94，(b) 極限氧指數(shù) (LOI)，和 (c) 錐形量熱儀測試。LOI是用來獲得維持燃燒的極限氧濃度，相反UL94研究了燃燒從一個小火苗到隨后火勢遠(yuǎn)離的火災(zāi)范圍。盡管 LOI 和 UL94提供了一個在特定結(jié)構(gòu)中材料作為氧化和燃燒表現(xiàn)的確定的信息，但是它們對于材料在火災(zāi)中的決定性表現(xiàn)是很少有用的，在其它方面（如火焰熱量傳遞和有毒氣體產(chǎn)生）也被考慮過。相比之下，錐形量熱儀測試 (ISO-5660)作為火災(zāi)測試方法是最為廣

18、泛應(yīng)用的，提供了可以在大范圍實驗中相互關(guān)聯(lián)的結(jié)果。在這一部分，錐形量熱儀測試的結(jié)果按照納米粘土在(a)點燃時間 (TTI)，(b) 熱釋放速率 (HRR)，and (c) 產(chǎn)生的有毒氣體(主要是煙氣和一氧化物)的影響列出。8.4.1 點燃時間圖8.7 比較了EVA/LDPE 和EVA/LDPE/納米粘土的點燃時間。能夠發(fā)現(xiàn)在高熱流量下TTI是基礎(chǔ)的，不會被納米粘土的增長所影響。在最低熱流量 (20 kW/m 2 )時的不同可以歸因于優(yōu)先于氧化在表面形成含碳層，像在試驗中局部燃燒所觀察到的一樣，造成點燃時間方案的不確定性。 Chuang 等人做了一個相似的實驗也揭示了當(dāng)OMMT加入時對于EVA/

19、線型LDPE混合物的點燃時間沒什么影響。8.4.2 熱釋放速率（HRR）圖8.8 (a) 和 (b) 分別表明，EVA/LPDE 和 EVA/LDPE/納米粘土在50 kW/m 2的短暫HRR和總釋放速率(THR)。當(dāng)添加5 wt% 的納米粘土?xí)r，對純混合物的HRR峰觀察到已經(jīng)完全移動了。這個發(fā)現(xiàn)也與一篇報道對于相似的共混聚合物 (EVA/LLDPE (線形 LDPE) 體系的報道相一致。HRR穩(wěn)定的峰的減小可以歸因于在納米復(fù)合材料熱解時表面層的形成，這減少熱量傳入到不分解的物質(zhì)中并且增加表面輻射熱損失。但是，在最初階段，當(dāng)納米粘土加入時HRR是沒有變化的，這可能是因為沒有一個有效的納米顆粒去

20、形成表面層?？紤]到THR，圖 8.8 (b) 表明了和純混合物一樣，EVA/LDPE/納米粘土有相同的價值，這也就意味著雖然EVA/LDPE/NC 花費了更長的時間去燃燒，但它燃燒的更完全。8.4.3 煙氣, CO, 和 CO 2 產(chǎn)品圖8.9表明了 EVA/LDPE和EVA/LDPE/納米粘土在 50 kW/m 2時的煙氣生成速率（SPR）的比較。在最初階段，兩者的煙氣生成是相似的。但是，在表面層形成之后，對EVA/LDPE/納米粘土的SPR有一個穩(wěn)定下降，看起來好像是由于HRR/MLR的減少。隨著 EVA/LDPE/納米粘土燃燒完全需要更長的時間，一個更加有意義的比較可能是煙氣產(chǎn)量，它可以

21、在當(dāng)全部煙氣生產(chǎn) (in g) 到全部質(zhì)量損失 (in g) 時被計算出。 在一個相似方式下伴隨著CO 和CO 2 的產(chǎn)量的獲得結(jié)果在表8.3中被列出。與EVA/LDPE相比，EVA/LDPE/納米粘土有一個很高的煙氣和CO 產(chǎn)量和很低的CO 2 產(chǎn)量，這表明納米粘土的存在提升了煙氣和CO的產(chǎn)量。這個發(fā)現(xiàn)也與在EVA/LDPE/NC體系中發(fā)現(xiàn)的很低的熱燃燒和CO 2 產(chǎn)量價值相一致。8.4.4 納米復(fù)合材料的反應(yīng)機(jī)理為了量化納米粘土在錐形量熱儀中對燃燒的聚合物的影響，一種對于PA6納米復(fù)合材料結(jié)合數(shù)據(jù)模型和實驗數(shù)據(jù)的方法發(fā)展并被驗證。主要的發(fā)現(xiàn)就是對降解深度熱流量比率【當(dāng)沒有表面層時納米層與純

22、材料（未降解的）對表面的在相界面的熱流量】是成比例的，或者相當(dāng)于在表面上納米顆粒的累積。這個比例更深一步的在圖8.10中列出，從這平面圖上推斷EVA/LDPE/納米粘土在外部熱流量為50 kW/m2 時，熱流量比率與不降解深度相反。通過線性裝置對降解深度計算熱流量比率相關(guān)性的獲得在圖8.10線中展現(xiàn)。提供了一種在其它熱流量下預(yù)測質(zhì)量燃燒速率的方法。詳細(xì)的方法描述也能在文獻(xiàn)中找到。圖8.11比較了預(yù)測質(zhì)量損失速率 (MLRs)和幾種實驗熱流量。不僅模型正確的預(yù)測了實驗數(shù)據(jù)的趨勢，預(yù)測的MLRs也與測量定性一致。正如所記錄的，圖8.11意味著 ratioux和 pyro 在外部熱流量的相關(guān)性是獨立

23、的。圖8.11的結(jié)果證明這個方法不僅對純納米復(fù)合材料聚合物適用也對納米復(fù)合材料共混物適用。8.5 納米復(fù)合材料共混聚合物與添加材料結(jié)合在之前的部分，我們已經(jīng)展示了，盡管納米粘土能夠提高粘度并且減小HRR/MLR的峰，但是它們對燃燒，THR，和毒性氣體的產(chǎn)量是有限的。因此，實驗通過加入在納米復(fù)合材料共混聚合物中加入額外的材料來試圖使研究納米粘土和其它添加劑協(xié)同成為可能性。這個添加劑在 (a) 氧化性 (ATH 或MH) ，(b) 協(xié)同水菱鎂礦 (Hy) ，和(c）納米羥基鋁草酸(nano-HAO)被研究。這個部分主要描述了這些研究的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。8.5.1 粘度圖8.12（a）和（b）分別比較了用納

24、米粘土和 FR (ATH)改良的EVA/LDPE混合物在流量和溫度下的粘度。在兩項實驗中，相比 EVA/LDPE 或者EVA/LDPE/納米粘土協(xié)同，當(dāng)ATH加入時，粘度有一個較大的增長。EVA/LDPE/ATH 和 EVA/LDPE/納米粘土剪切變稀的組分是相似的(大約 = 0.54)，表明裝填量為68% 的EVA/LDPE/ATH 微粒和裝填量為5%的EVA/LDPE/納米粘土的納米材料的粘度性能是相似的。對于 EVA/LDPE/ATH/納米粘土，添加5wt% 的 ATH 就能代替大量的納米粘土，這對對粘性的增大也是顯著的。8.5.2 TGA圖 8.13 展示了帶有黏土或者 FRs (AT

25、H 或 MH)的EVA/LDPE 的TG曲線比較圖。這包含了由于ATH(大概 220C) 或者 MH (大概 350C) 的脫水，F(xiàn)Rs質(zhì)量損失的起始溫度。與ATH相比，由于它的低熱穩(wěn)定性，帶有ATH對較低溫度一個更大的轉(zhuǎn)變也就得到了。相對于EVA/LDPE/ATH，在EVA/LDPE/ATH/納米粘土中納米粘土的存在引起了一個較小的不穩(wěn)定性，然而這對 EVA/LDPE/MH/納米粘土和EVA/LDPE/MH無顯著不同。 與EVA/LDPE/ATH相比，EVA/LDPE/ATH/納米粘土熱穩(wěn)定性的減小可能是與之前提及的納米粘土對聚合物引誘催化劑破裂有關(guān)。當(dāng)納米粘土和氫氧化物脫水產(chǎn)生的氧氣結(jié)合時

26、，破裂的有效性變得更高。 8.5.3燃燒時間FRs 對EVA/LDPE為基礎(chǔ)的材料的 TTI影響圖在表8.4中列出。除了在最低熱流率 (20 kW/m 2 )下對所有材料相似的TTIs 外，在 FRs (ATH或MH)存在下，TTI值有實質(zhì)性的增長。由于FRs 的存在燃燒時間延長，這是由于（a）從FRs釋放的水在阻燃性范圍內(nèi)通過稀釋氣相的燃料使燃燒受阻，并且 (b) FRs (ATH 或MH) 在氧化前通過一個吸熱反應(yīng)全部轉(zhuǎn)化到氧當(dāng)中，因此底層的溫度是很低的，這也就增加了燃燒時間。由于在 20 和 30 kW/m2時對含有FRs和納米粘土的材料觀察沒有燃燒，所以用納米粘土對FRs的部分替代看起

27、來是增加含碳層的強度。8.5.4 HRR圖8.14表示 EVA/LDPE為基礎(chǔ)的材料的熱釋放速率。像所看到的，添有FRs，HRR有一個大幅度降低。對于FR-包含的材料(FRCMs)，HRR的降低值相比較只含有納米粘土的更大。然而在這里，記錄通過FRCMs的HRR的降低值是值得的，這也是由于在FRCMs中滿足聚合物部分的降低。帶有納米粘土的FRs的部分的降低，可能是由于存在納米粘土碳強度的增加，這些也受形態(tài)學(xué)和TGA結(jié)果的支持。在圖8.14的結(jié)果也與研究 (Hy) 和ATH及OMMT在 EVA/LDPE 混合物中協(xié)同阻燃性的Haurie等人研究相似。圖8.15表示 Hy60 (30% LPDE

28、+ 10% EVA + 30% ATH + 30% Hy)，Hy55 (33.75%LPDE + 11.25% EVA + 27.5% ATH + 27.5% Hy)和Hy/MMT50 (37.5% LPDE +12.5% EVA + 30% ATH + 15% Hy + 5% OMMT)的HRR比較。與 Hy/MMT50 和Hy55相比較，填料含量降低了5 wt%， PHHR的降低和TTI的升高在包含OMMT的形式中被發(fā)現(xiàn)。在阻燃體系中OMMT的存在提高熱穩(wěn)定性在于當(dāng)OMMT分散于聚合物模型時起到一個阻礙作用施以影響。通過OMMT提供增加穩(wěn)定性也證實了當(dāng)樣品的外殼在測試后被實驗：含有OMMT

29、的材料外殼是完整的，然而這些沒有OMMT的材料出現(xiàn)了破碎。與圖8.14和8.15形成對照，與只有FRs的共混聚合物相比，添加納米粘土看似對HRR的減小有有限的影響，納米粘土對含有ATH的EVA/LLDPE混合物有大幅的降低也被研究過。盡管納米粘土在TTI上沒什么影響，但是當(dāng)添加納米粘土到EVA/LLDPE/ATH中，HRR的峰從 320 降到了 190 kW/m 2，甚至在平穩(wěn)的HRR（大約從250 降到60 kW/m 2 )中有一個重大的減少?？紤]到僅用了 2.5 wt% 的粘土，結(jié)果表明添有ATH的有機(jī)粘土看似在共混聚合物的阻燃性中起協(xié)同作用。Chang等人用一個納米羥基鋁草酸鹽（nano

30、-HAO）和一個1：1二八面體粘土礦物層（納米高嶺土）來考察它們在LDPE/ EPDM混合物的阻燃性影響。在表8.5，含有48 wt% nano-HAO和 12 wt%的納米高嶺土材料與只含有60 wt% 的nano-HAO的TTIs和HRRs做比較。然而nano-HAO和納米高嶺土材料對TTI沒什么影響，與這些純混合物相比，添加了FRs的混合物的平均HRR和峰有一個明顯的減小。當(dāng)納米高嶺土加入時HRR有一個更深的降低，表明了納米粘土的存在增加了炭層的阻礙作用。 8.5.5有毒氣體圖8.16表示對于所有 EVA/LDPE為基礎(chǔ)材料的暫時SPR比較。與那些純混合物或者納米粘土的材料比較，含有FR

31、s的SPR有一個顯著的減少。相似的發(fā)現(xiàn)也被報道。在表8.6的煙氣產(chǎn)量，（從全部煙產(chǎn)量 (in g)到全部質(zhì)量損失(in g)的比率的計算隨著由于FRs的減少水的釋放而減去。）然而，F(xiàn)RCMs只產(chǎn)生比純混合物少量的煙氣。這個發(fā)現(xiàn)表明通過FRs (ATH或者M(jìn)H)減少煙氣產(chǎn)生速率使聚合物容量初步減少并且更長的燃燒時間。正如表8.6所表示的，通過FRCMs產(chǎn)生的 CO和CO 2產(chǎn)量與純混合物的相似。8.6 結(jié)論共混聚合物在提高它們組分相關(guān)性能獲得新材料是有用的，并且共混聚合物現(xiàn)在在大量商業(yè)中應(yīng)用廣泛。由于聚合物的自然性，共混聚合物有很差的阻燃性。為了提供要求的阻燃性能，傳統(tǒng)的阻燃劑連同納米粘土被一起運用。在這一章中，我們總結(jié)了之前主要在共混聚合物上的運用阻燃納米復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)的研究。主要的結(jié)