5 纳米高岭土在塑料阻燃方面的应用

近年来，聚合物／粘土纳米复合材料在全球成为一个研究热点，目前大都以蒙脱石为原料，采用插层聚合或复合的方法，很少有纳米高岭土的报道。

高岭石具有与蒙脱石不同的结构，它是由一层Si-O四面体片和一层A1-(O，OH)八面体片组成的1:1的层状结构。层间不含可交换性阳离子，层间由氢键联结。高岭石晶片表面呈电中性(蒙脱石晶片具较高的负电荷)，具有低的粘度、良好的流动性和分散性，并且通常比蒙脱石粘土矿床纯度高。根据这些特性，可以利用高岭石制备出性能优良的纳米粘土粉体。这种纳米粉体可以更好地融入到传统的橡胶或塑料共混工艺中，并且成本较低。

目前，纳米高岭土的应用已经基本完成了其在橡胶领域中的应用研究

[61-63]

。

高岭土是一类具有层状结构的含水铝硅酸盐，其层间具有某种活性，适宜作为化学反应场所。正因为高岭土矿物这种特殊的层状结构，使其在橡胶纳米复合材料中表现出优异的物理机械性能，它在橡胶纳米复合材料中主要有以下作用：①降低成本增大容量，主要是减少原胶用量；②增强补强作用，提高产品的硬度和强度；③调整橡胶的流变性、混炼性、硫化性能；④改变橡胶的化学性质，如降低渗透性、改变界面反应性、化学活性、耐水性、耐候性、防火阻燃性等；⑤改善热电磁性能，如提高热畸变温度和耐电弧性等。⑥替代传统的炭黑和白炭黑，节约能源，减少污染，可广泛应用于浅色制品，改变原来大部分橡胶制品的单一黑色。况且高岭土与其他的粘土矿物相比，具有更高的天然白度和纯度，资源更为丰富，价格更低廉，这使得高岭土在工业化生产中制备粘土/橡胶复合材料方面具有很大的优势。

在完成对纳米高岭土制备工艺过程的研究后，本章将对纳米高岭土的应用展开研究。作为新开发不久的新的纳米材料，纳米高岭土在生产、应用方面有诸多环节需要不断的优化与调整。而在应用方面的研究难度更加困难，要实现PLS（无机）在聚合物（有机）中的应用，必然要跨越传统无机与有机之间的界限。因此，纳米高岭土的应用是一个大力投入的领域。本章也将选取一个“点”作为本章的研究内容。本论文将着眼点放在纳米黏土的阻燃应用方面。目前纳米黏土以环保、高效、低成本在阻燃领域已经引起众多的关注。本章选取通用塑料中阻燃最为广泛的PP阻燃作为研究对象，研究纳米高岭土的阻燃效果。

5.1 聚丙烯阻燃体系的研究现状

5.1.1 聚丙烯（PP）简介

目前通用塑料工程化，是目前塑料工业的一大特点，而PP作为五大通用塑料中的重要组成部分，在塑料工业有着重要的作用。

PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0度以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100度）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150度。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。

PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方

法对PP进行改性。PP的流动率MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。 由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。

与聚乙烯不同，聚丙烯最大终端用途是注塑品，占39%的市场份额；其次是薄膜和板材，约占总量的21%；再次是纤维和无规物分别占总需求的16%和13%。

汽车、家用电器、日用品、纤维、薄膜等都是PP的重要用途。而在这些应用领域中的共同点就是对于阻燃有着很高的要求。目前阻燃PP是PP改性中的热点领域。

5.1.2 聚丙烯（PP）阻燃体系

聚丙烯的燃烧为少烟型，不成炭，伴随有熔滴和流延起火现象，并产生大量的不饱和气体。聚丙烯的单体中没有活性基团，反应型阻燃剂对它不适用，只能采用添加型阻燃体系。目前，用于聚丙烯的阻燃剂有以下几大体系[83-85]。

1、卤系阻燃剂

卤系阻燃剂主要是应用阻燃剂与阻燃助剂的协同效应抑制气态燃烧反应的方法来阻止聚丙烯的燃烧。

目前卤系阻燃剂是世界上产量最大的有机阻燃剂之一，以其添加量少、阻燃效果显著而在阻燃领域中占据重要的地位。常用的卤系阻燃剂有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚A、六溴环十二烷等，以十溴二苯醚用量最大[96-97]。

2、无机阻燃剂

在无机阻燃剂的应用中，用的较多是氢氧化镁（MDH）和氢氧化铝（ATH）。氢氧化镁具有安全性高、抑烟、无毒、价廉等优点，在聚丙烯的阻燃剂中具有重要地位。氢氧化镁在340～490℃之间分解，吸热量为782.9J/g，热稳定性好，具有良好的阻燃及消烟效果，特别适宜于加工温度较高的聚丙烯材料。

Mg(OH)2用于PP时(添加量大于50%)具有良好的阻燃效果，优于Al(OH)3，它在受热时发生吸热的脱水反应，产生不燃性的水可以起到稀释和降温的作用。使用MDH的缺点是添加量大(一般在50%～60%)，对材料机械和电学性能影响较大，而且燃烧时产生熔滴。

3、硅系阻燃剂

有机硅阻燃剂兼有有机和无机的双重优点，具有防潮、憎水、电气绝缘、耐高低温、化学稳定等优异性能。用有机硅阻燃剂阻燃PP不仅可大大改善材料的阻燃抑烟性，而且可以提高材料的力学性能和电气性能。目前硅阻燃剂主要有美国GE公司生产的SFR21000等。

4、膨胀型阻燃剂(IFR)

在PP中的添加量为25%～30%，加工方面存在一定问题。

5.1.3 纳米黏土在阻燃方面的应用

本章所研究的是纳米材料在PP阻燃体系中的作用，属于无机阻燃体系，也属于目前研究的前沿领域。目前只有部分学者对纳米MMT在阻燃方面的应用做了很多的研究，认为纳米黏土具备良好的协从阻燃效果

[87-90]

。

大量研究已经证明了纳米粘土作为阻燃增效剂的效力。研究者发现，添加了2% 到5%的纳米粘土的尼龙6的散热速度减少了32%到63%。特殊配混料公司FosterCorp最近也宣布将高含量级别的（含13.9%）的纳米粘土添加到尼龙12弹性体中，仅有原来1/8厚度的

时候，就可以达到UL94V-0的级别。在烧焦实验中作为碳的一种形式，纳米粘土的添加让典型的添加50%的卤素/锑氧化物的阻燃体系用量减少到一半，很大程度的降低了物理损害。公司在2001年为管道和薄膜引入了这种尼龙12/纳米粘土复合物[91-93]。

德国的Sud－Chemie公司提供了一种叫Nanofil的改良纳米粘土做阻燃剂。它最近还开发了一种无卤素的EVA/PE电缆，它含有3%到5%新NanofilSE 3000，其添加52%到55%的氢氧化铝或氢氧化镁，它具有更好的力学性能，更光滑的表面以及更快的挤出速度。

而本论文在参考MMT在阻燃方面所做的研究进展，也确立了一个研究的基点。PLS纳米复合材料的阻燃机理目前认为是：燃烧过程中，材料表面形成了一种高性能的炭化-硅酸盐结构，它对下面的未燃材料起到隔热和分离作用，并减缓了分解产生的可挥发产物的扩散，降低了材料的质量损失速率，起到了阻燃作用

本章将研究：

1，十溴二苯醚与锑系阻燃剂中纳米高岭土的使用效果。 2，八溴醚与锑系阻燃剂中纳米高岭土的使用效果。 3，氢氧化镁（MDH） 4，IFR膨胀阻燃体系

在这四种体系中，按照一定的配方通过阻燃剂与纳米高岭土的使用来调整阻燃配方。

[93-94]

。

将纳米高岭土作为一种协从阻燃剂，研究其与其他阻燃体系的复配使用。

5.2 纳米高岭土在PP阻燃体系中的应用

PP目前是使用量最大的通用塑料，而且其使用领域大多对阻燃性能有比较高的要求。而目前塑料改性领域，对于PP阻燃也研究的很多，各种阻燃体系都有很大的应用。

本部分将以目前主流PP阻燃体系为研究基础，研究纳米高岭土在PP阻燃体系中的复配使用效果，从而从协从阻燃剂的角度来研究纳米黏土材料的阻燃性能。

5.2.1 PP阻燃体系的制备方法与思路

纳米高岭土可以不像MMT的使用方法，不采用插层聚合或者聚合插层法，而是使用传统的熔融共混法来制备复合材料。 5.2.1.1 实验样品

本章将对PP阻燃体系做一个研究，所需要的实验药剂与样品如下： PP料：市售，燕山石化

十溴联苯醚：市售，美国大湖公司DE-83R 八溴醚：市售

氢氧化镁（MDH） 市售级 IFR(膨胀型阻燃剂)：市售

纳米高岭土 SK80阻燃级 山东枣庄三兴高新材料有限公司 双螺杆挤出机，SLF-35B，四川广汉汉中塑料机械厂 滑石：市售 辽宁海城 1250目

5.2.1.2 实验方法

按照目前PP阻燃体系的一般配方，结合纳米高岭土的使用，调节配方的组成，从而起到降低其他阻燃剂的用量，从而形成新的阻燃体系（配方）。

实验结果按行业标准UL94来判断阻燃效果[97-98]。 工艺路线如下图：

图5-2 PP阻燃体系实验研究工艺路线图

纳米高岭土 测试性能 组合搭配 双螺杆挤出造粒 压片制样 常规阻燃剂 PP原料 5.2.1.3 阻燃剂基本配方

按照目前PP各种阻燃体系的常规配方为基础，按照一定的比例将纳米高岭土来代替各种体系常规阻燃剂使用量，从而达到配方优化，并考察纳米高岭土的协从阻燃剂作用。下表为PP阻燃体系的选择：

表5-3 PP溴系阻燃体系指导配方

PP PP PP无卤低烟 PP 20% 滑石填充

PP PP不迁移 PP 2 mm管

PP

阻燃级别 UL-94 V-0 1/16 in. UL-94 V-0 1/16 in. UL-94 V-0 1/16 in. UL-94 V-0 1/16 in. UL-94 V-2 1/16 in. UL-94 V-2 1/16 in. DIN-4102 B-1

Glow wire 850°C， 1-3 mm

阻燃剂 PE-68 DE-83R Reogard 1000 DE-83R PE-68 GPP-39 PE-68 PE-68

添加量 10-12% 22-25% 20-25% 16-20% 3-4% 8-11% 1.5-2.5% 1-1.5%

Sb2O3 3-4% 9-13% 6-10% 1% 1-2% 0.5-0.8% 0.3-0.5%

上表中为PP溴系阻燃的常规指导性方案，中国PP阻燃改性配方在此基础上有一些变化，主要在提高填充量方面、降低溴-锑使用量上进行改善，从而期望降低价格高达3万多元/每吨的阻燃剂的用量，期望能够降低成本[98-100]。

本论文研究配方基础，以目前PP改性阻燃配方为基础。

5.2.2 纳米高岭土在PP（十溴阻燃体系）的应用研究

5.2.2.1 无填充PP体系的阻燃

首先要判断纳米高岭土是否具备协从阻燃剂的效果，其配方设计主要在无其他协从阻燃剂存在下，来判断是否能降低其他阻燃剂用量而不降低阻燃效果。对于此配方，主要涉及十

溴（DBDPO）、Sb2O3、纳米高岭土（SK80）之间的配合体系对比，采取正交实验法，如下：

表5-4 纳米高岭土与十溴阻燃体系复配阻燃体系实验

水平1 水平2 水平3 水平4 实验编号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

DBDPO 22 19 16 13 DBDPO 22 22 22 22 19 19 19 19 16 16 16 16 13 13 13 13

Sb2O3 11 10 9 8 Sb2O3 11 10 9 8 11 10 9 8 11 10 9 8 11 10 9 8

SK80 10 15 20 25 SK80 10 15 20 25 15 10 25 20 20 25 10 15 25 20 15 10

结果 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 F F F F F F

DBDPO为：美国大湖公司十溴 Sb2O3为国内闪星牌 SK80 为阻燃级纳米高岭土 V-0代表通过UL94 V-0阻燃级 F 代表未通

从阻燃剂配合情况来看，从上表的结果，可以得到一个大致范围，十溴的用量要大于等于16，否则无法通过V-0阻燃；从锑的使用量上来看，11-8均可以满足需求的情况（实验8条件），但是需要进一步判断，是否按照8的实验条件，降低十溴时，仍可以阻燃；SK80则从实验11-16来看，作为协从阻燃剂必须要和适当的溴-锑配合使用，否则其添加量大小均不能得到阻燃效果。那么选择最低的溴系使用量和可以最低的锑使用量，调节纳米高岭土使用量，看看到底SK80起到的作用有多大。与极值条件最为接近的是实验12，在其实验条件下，十溴为16，锑为8，SK80为15，但是阻燃性能是失败的。那么是否通过调节SK80的组成而使其具备阻燃性能呢？如下表：

表5-5 不同纳米高岭土含量对阻燃性能的影响

配方 SK80 DBDPO Sb2O3 阻燃效果

1 15 16 8 F

2 16 16 8 F

3 17 16 8 F

4 18 16 8 F

5 19 16 8 F

6 20 16 8 V-0

7 21 16 8 V-0

8 22 16 8 V-0

从6号实验来看，将已经可以达到V-0级，优化配方与原配方相比如下：

表5-6 优化配方对比

配方对比

PP DBDPO Sb2O3 SK80 1076 168 阻燃级别

一般配方 66.7 22 11 -- 0.2 0.1 V-0

DBDPO减少量：27%，Sb2O3减少量27%

低成本方案

55.7 16 8 20 0.2 0.1 V-0

性能对比

密度 熔指 拉伸强度 伸长扯断率% 弯曲强度 弯曲模量 冲击强度 热变形温度 LOI（极限氧指数）

注：一般配方为工业用配方

1.199 11.85 28.3 32.3 40.7 2180 3.5 128.3 25.8

1.302 12.45 29.2 22.5 43.1 2730 2.7 130.7 25.7

从两个配方来看，可以大幅度降低DBDPO、锑的使用量，同时从力学性能而言，也达到了一定的改善作用。由于两个配方的极限氧指数基本相同，从而使两个配方的阻燃性能没发生改变。从以上实验来看，纳米高岭土可以降低27%左右的阻燃剂的使用量。 5.2.2.2 填充类型工业配方的改善

1，高充填体系

事实上PP阻燃体系中，一般不和上一部分所使用的配方一样，因为阻燃剂价格十分的昂贵，需要使用大量的填充矿物填料，提供一定的阻燃性能，同时降低PP使用量和阻燃剂使用量。在高填充配方中，一般使用滑石来作为矿物填充料，起到增容作用。纳米高岭土的加入可以使原本不能阻燃的配方的阻燃性能得到很大的改善。

表5-7 纳米高岭土在高填充配方阻燃体系的应用

PP 十溴 Sb2O3 滑石粉 SK80 阻燃级别

配方1 50 10 2 30 0 F

配方2 50 11 2 30 0 F

配方3 50 12 2 30 0 F

配方4 50 12 2 25 5 V-2

配方5 50 12 2 25 8 V-1

配方6 50 12 2 25 10 V-0

注：配方1为工业用配方

从上表来看，纳米高岭土的使用，可以使原本不阻燃的配方得到改善，使之达到阻燃级。从配方1-3可以看出，高充填方案中，在30%填充方案下，即使提高阻燃剂的使用量也不具备阻燃性能，但是配方4-6就可以看出，在填加纳米高岭土后，使整个配方具备了阻燃性，而且随着纳米高岭土填加量的增加，阻燃性能也随之提高，在填加量为10%时，可以使整体配方达到UL94-V-0级别。

因此从这一角度而言，纳米高岭土可以给予高填充阻燃体系阻燃性能。

而上面的配方特点是独立性的加入纳米高岭土，从而起到阻燃的作用，如果加入纳米高岭土后，同时减低其他填充料的使用量，那将会使纳米高岭土具备填充与阻燃两重功能，表5-7的体系在配方6中已经可以说明在降低5%滑石后仍旧可以保持阻燃效果。

2，高充填替代体系

纳米高岭土作为纳米材料对于体系也有填充作用，利用纳米高岭土的阻燃和填充作用来一同进行，从而降低体系组分，使整体性能有所提高。按照这一思路，本论文逐步减少了滑石粉的用量，并用纳米高岭土代替。实验配方组合和结果如下表：

表5-8 纳米高岭土在高填充可代替配方阻燃体系的应用

配方

滑石粉（RB510H）

十溴 锑白 SK80 阻燃级别

1 10 15 5 0 V-0

2 8 12 4 6 F

3 6 12 4 8 F

4 4 12 4 10 F

5 2 12 4 12 F

6 0 12 4 14 V-0

注：配方1为工业用配方

从上表的配方来看，随着纳米高岭土含量增加以及滑石粉含量的降低，体系的阻燃性能有了一定的破坏。而后随着纳米增加，其阻燃性能又恢复。通过以上配方的调整，原有体系中的滑石粉可被完全替代。

5.2.2.3 小结

从以上配方的阻燃体系的调整中，通过对于纳米高岭土协从阻燃的应用研究，可以认为纳米高岭土可以在十溴体系中得到很好的协从阻燃效果，在添加量为15-20%的比例可以降低20-30%的十溴、锑的用量，降低了卤素阻燃剂的用量，同时由于在价格上的巨大差异，也能够降低产品成本。

5.2.3 纳米高岭土在PP（八溴阻燃体系）的应用研究

八溴醚体系也是PP阻燃体系中重要的组成部分，八溴醚相比于十溴体系用量少。

5.2.3.1 无填充方案

纳米高岭土在十溴体系中的阻燃配方仍旧按照具体配方来修改。配方和阻燃效果如下：

表5-9 纳米高岭土与十溴阻燃体系复配阻燃体系实验

配方

水平1 水平2 水平3 水平4

八溴 7 6 5 4

Sb2O3 3 2.5 2 1.5 实验

SK80 5 10 15 20

结果

实验编号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

八溴 7 7 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 4 4 4 4

Sb2O3 3 2.5 2 1.5 3 2.5 2 1.5 3 2.5 2 1.5 3 2.5 2 1.5

SK80 5 10 15 20 10 5 20 15 15 20 5 10 20 15 10 5

V-0 V-0 V-0 F V-0 F V-0 F V-0 V-0 F

F F F F F

从上表的实验结果来看，按照正交实验的实验思想来安排配方配比，可以从八溴、Sb2O3、纳米高岭土三个角度来看：

八溴含量小于5%，必然导致阻燃失败（实验13-16） Sb2O3含量小于2%，必然导致阻燃失败（实验4.8.12.16）

纳米高岭土含量在5-20％均可有阻燃性能，但是只有实验1是5%成功的，其他纳米高岭土含量5％的试验均失败。而按照工业配方实验1不加纳米高岭土也可阻燃推断，则可能认为纳米高岭土少于5%将会失败。那么根据正交实验所得到的信息进行配方调整：

表5-10 PP八溴无填充体系优化配方

配方

八溴 Sb2O3 SK80 阻燃效果

1 5 2 5 F

2 5 2 6 F

3 5 2 7 F

4 5 2 8 F

5 5 2 9 F

6 5 2 10 V-0

从正交实验所得到的极限条件，调节纳米高岭土的填加量，对阻燃效果的影响如上表。由此也可以推导出八溴体系最佳的配比条件。性能如下：

表5-11 PP八溴阻燃体系力学性能

配方

八溴体系

PP 八溴 Sb2O3 SK80 1076 168 阻燃

性能

一般配方 89.7 7 3 -- 0.2 0.1 V-0

低成本方案

82.7 5 2 10 0.2 0.1 V-0

密度 拉伸强度 伸长扯段率 弯曲强度 弯曲模量 冲击强度 热变形温度 LOI（极限氧指数） 一般配方 0.94 34 32.9 30.4 1500 2.4 120 29 低成本方案 1.028 30.3 27.5 33.6 1700 3 132.2 25 从上表的数据可以看出，纳米高岭土在八溴体系中，也有良好的协从阻燃效果，对于八溴可以减少用量28%，锑减少用量33%。而这个体系力学性能没有负面影响。对于热变形温度还有大幅度的提高。

5.2.3.2 填充可替代方案

在八溴体系中，也存在着一定的填充体系，基于替代思想，做了如下的可代替配方方案，配方和阻燃级别如下表：

表5-12 纳米高岭土在PP八溴阻燃体系中的应用

配方 M1600 pp 八溴醚 锑白

滑石粉（RB510H）

SK80 阻燃级别

1 10 66 6 3 15 0 V-0

2 10 66 5 2 10 5 F

3 10 66 5 2 5 10 F

4 10 66 5 2 0 15 V-0

5 10 66 4 2 0 15 F

6 10 66 4 2 0 18 V-0

从以上的配方来看，结合正交实验的结果，对配方进行了调整，就可以在配方5达到V-0，在此基础上，考虑进一步降低了八溴的含量，同时以纳米高岭土补上，仍旧可以达到V-0阻燃效果。

从这个体系可以看出，纳米高岭土的作用还是非常明显的，可以很大程度的降低阻燃剂用量，起到显著的作用。

5.2.3.3 小结

在八溴体系中，纳米高岭土可以起到明显的协从阻燃剂作用，代替大概25-33%的八溴，同时也可降低25-33%的锑的使用，可以显著降低生产成本。

5.2.4 纳米高岭土在PP（MDH体系）的应用研究

上两部分研究了纳米高岭土在溴-锑体系中的阻燃效果，但是目前不可否认，虽然溴系体系能够保证高效阻燃，但是处于环保的压力，尤其国外对家电产品对溴系阻燃剂的限制更大。因此开发溴系阻燃剂的替代产品也是目前阻燃方面的一种趋势。

氢氧化镁(简称MDH)阻燃剂具有良好的阻燃效果，同时还能够减少塑料燃烧时的发烟量，起到抑烟剂的作用。氢氧化镁还具有安全无毒，高温加工时热稳定性好等优点。氢氧化镁填充的塑料材料表面光洁明亮，色泽美观大方。将氢氧化镁阻燃剂用于PP塑料，添加量为50%时即具有良好的阻燃效果[100-104]。

但是MDH也有自己的缺点，就是填加量太大，一般要超过50%以上才可以有阻燃效果，那样对于阻燃体系的力学性能等反面的影响是十分大的。因此如何减少MDH填加量也是MDH阻燃剂未来发展的一个方向。

纳米高岭土在PP—MDH阻燃体系中的研究思路是降低MDH的用量，从而能够减少MDH对体系的负面影响。

表5-13 纳米高岭土与MDH体系协同作用配方对比

PP MDH SK80 1076 168 g-PP 硅油 红磷母粒 阻燃

1 34.3 55 0 0.2 0.1 4 0.4 6 V-0

2 34.3

3

34.3

4 34.3 40 15 0.2 0.1 4 0.4 6 V-0

5 34.3

50 5

0.2 0.1 4 0.4 6 V-0

45 10

0.2 0.1 4 0.4 6 V-0

35 20

0.2 0.1 4 0.4 6 F

从上表配方来看，通过MDH-P的调整，可以将MDH填加量从通常的60%以上降低到55%，但是通过纳米高岭土与MDH的配合使用，采用1：1的配合可以进一步减少MDH的用量。从上表的配方调整可以在40：15的比例达到一个临界点。两个配方的力学性能对比如下：

表5-14 纳米高岭土与MDH体系协同作用力学性能对比

密度 熔指 拉伸 伸长 弯曲 弯曲模量 冲击 热变形 LOI

一般配方 1.393 1.74 26.5 8.5 40.7 3800 2.7 125.4 25.7

纳米高岭土 1.389 2.07 29.8 11.1 47.1 4960 3 141.4 25.9

从上表的数据可以看出，纳米高岭土和MDH体系复配使用以后，力学性能有了很大的改善，从而对于以无卤阻燃方面，可以有一个合适的选择。

5.2.5 纳米高岭土在PP（IFR体系）的应用研究

由含磷阻燃与含氮阻燃剂复配构成的膨胀型阻燃（IFR，Intumescent Flame Retardant ）聚合物材料是借鉴了源于防火涂料的膨胀型阻燃技术，膨胀型阻燃技术在聚合物中的研究与应用出现在20世纪70年代末，被誉为阻燃领域的一场革命。从阻燃机理分析，膨胀型阻燃体系是由碳源、酸源和气源三种组分构成，在材料表面燃烧的条件下炭源在酸源的作用下脱水形成粘稠的炭层，气源由粘稠的炭层中释放出不燃烧的气体，导致材料表面形成泡沫状的炭层，均匀而致密的膨胀炭层对材料可以起到隔热、隔氧、阻止燃烧的作用。膨胀型阻燃聚合物材料的最大优势在于产烟量极低、无腐蚀性气体、高效阻燃及无带焰熔滴。

常用的“三源”（碳源、酸源和气源）阻燃剂列表10中。通过“三源”的合理复配可获得膨胀阻燃剂，也可以将“三源”组分通过合成手段形成单分子的膨胀型阻燃剂，其中典型的是含有环状或笼状结构的磷酸酯三聚氰胺盐，单分子膨胀型阻燃剂具有热稳定性好、迁出小、

耐潮湿环境等特性。

尽管从机理上，阻燃材料的研究人员可以把膨胀型阻燃剂阐述得很严密，但实际上，由于不同的聚合物其炭化层的形成难易程度和致密程度各不相同，因此与溴化物阻燃不同，很难有一种市售的N-P复合阻燃剂可以开发出多种不同聚合物的阻燃材料，从而使得目前IFR技术及产品基本处于研究阶段。

纳米高岭土也和IFR做了协同阻燃的对比。

表5-15 纳米高岭土与IFR体系协同阻燃效果

体系和性能

PP FR SK80 阻燃烧 灼热丝

配方A 70 30 0 V-0 Pass(950度)

配方B 65 30 5 F

False（850度）

配方C 67 28 5 F

False(850度)

很多人尝试过在膨胀型阻燃体系中添加矿物质，得到的结果是容易发泡，但是通过纳米高岭土的实验，结果比较理想，居然没有发泡，这证实存在一定的矿物质在一定的添加量上可以保证膨胀型阻燃体系不发泡。

按照现在的实验结果看，纳米高岭土用在膨胀型阻燃体系中不是象预想中的提高了阻燃性能，反而存在一定的负面影响。这是矿物质用在膨胀型阻燃体系中的通病，可是这种膨胀型阻燃体系一旦加入普通的矿物质就会出现严重的发泡现象，可是纳米高岭土的加入避免了这个方面的问题，这也从一个侧面说明了一些问题。

5.3 本章总结

通过本章对纳米高岭土与各种体系的配合实验，可以认为，纳米高岭土是一种非常有效果的协从阻燃剂，可以起到非常有效的协从阻燃效果。