无卤阻燃SEBS型热塑性弹性体的制备与性能研究

论文摘要

苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）是一种综合性能优良的新型热塑性弹性体材料,采用橡胶填充油、热塑性树脂等对SEBS进行改性的研究受到越来越广泛的关注,但SEBS及其共混材料的可燃性限制了其进一步的推广应用。阻燃聚合物材料的无卤、无毒和低烟化是环保要求的发展趋势。氢氧化镁（MH）具有良好的阻燃、消烟和填充等的作用,是无卤阻燃聚合物材料中最有发展前途的阻燃剂之一,却极少被报道用于SEBS基复合物的阻燃。本研究以石蜡油改性SEBS与聚丙烯的共混物（O-SEBS/PP）为基体,以MH为主体阻燃剂,采用开放式热炼机混炼的方式制备了阻燃O-SEBS/PP复合物,深入探讨了MH用量对复合物燃烧性能、力学性能以及加工性能等的影响;系统研究了阻燃剂表面改性、无机阻燃剂复配、基体组分配比以及相容剂等对MH阻燃复合物性能的影响,且制备了力学性能良好的无卤阻燃O-SEBS/PP复合物。采用极限氧指数法（LOI）、UL-94垂直燃烧测试、锥形量热仪（CCT）、热重分析（TGA）等测试手段对复合物的燃烧性能、热稳定性进行了评估,探讨了燃烧行为,并借助扫描电子显微镜（SEM）分析了材料微观结构与宏观性能之间的关系。选用微米级MH作为单一阻燃剂,研究了MH用量以及几种经不同表面处理的MH对O-SEBS/PP燃烧性能、热稳定性、力学性能和加工性能的影响。结果表明,单一使用MH需要60 wt%的添加量才能使复合物的阻燃性能达到UL-94垂直燃烧V-0级,此时,复合物的力学性能与加工性能严重劣化。对MH进行表面处理后,60 wt% MH填充阻燃O-SEBS/PP复合物的拉伸强度得到一定的改善,但LOI有所降低,熔体粘度略有增大。SEM结果表明,改性后的MH微粒能够较好地均匀分散在基体中,两相界面模糊,基体与填料间的粘结力得到加强。为了在保持阻燃效果不变的前提下降低阻燃剂的总添加量,分别研究了硼酸锌（ZB）、可膨胀石墨（EG）与MH并用对阻燃O-SEBS/PP复合物的燃烧性能、热稳定性、力学性能等的影响。研究发现,ZB与MH复配并无明显的阻燃增效作用,而EG则可以显著提高MH在复合物中的阻燃效率,但EG的加入会使复合物的力学性能有所降低。因此,继续研究了O-SEBS/PP/MH/EG体系中,保持EG用量为5 wt%而降低MH的用量对体系性能的影响,发现在阻燃剂总用量为40 wt%时复合物仍可以通过UL-94 V-0级,并具有良好的力学性能,其拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别较60 wt% MH填充阻燃O-SEBS/PP复合物提高了41.2%、20.4%、31.2%。同时,阻燃剂总添加量的降低使复合物的加工性能得到明显改善。在O-SEBS/PP/MH/EG阻燃体系中,研究了基体中Oil、PP配比的变化以及采用少量相容剂PP-g-MAH等量代替PP对复合物力学性能、加工性能、燃烧性能和热稳定性的影响。结果表明,基体中含Oil量越低,复合物的力学强度越大,热稳定性越好,但同时易造成材料加工性能不佳,硬度较高等问题。在基体中SEBS与Oil的配比（100/65）一定时,加入适量的PP可以提高复合物的力学强度、加工性能以及起始分解温度。当基体中SEBS/Oil/PP的组成为100/65/50时,复合物具有较好的综合性能。用1421 phr的PP-g-MAH等量代替基体中的PP后,复合物在保持UL-94垂直燃烧V-0级的同时力学性能得到进一步改善,其拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率及Shore-A硬度分别为13.4 MPa、47.9 kN·m-1、231%、85。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章绪论
• 1.1 前言
• 1.2 SEBS热塑性弹性体的特性及研究概况
• 1.2.1 SEBS的结构及性能
• 1.2.2 SEBS弹性体材料的共混改性研究
• 1.3 聚合物的燃烧与阻燃机理
• 1.3.1 聚合物的燃烧
• 1.3.2 聚合物材料的阻燃机理
• 1.4 SEBS复合材料的无卤阻燃研究进展
• 1.4.1 磷系阻燃剂体系
• 1.4.2 膨胀型阻燃体系
• 1.4.3 金属氢氧化物阻燃剂体系
• 1.4.4 蒙脱土纳米插层杂化体系
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 MH阻燃SEBS/PP共混型热塑性弹性体的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 操作过程与试样制备
• 2.2.4 产物的结构表征与性能测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 MH添加量对O-SEBS/PP共混物性能的影响
• 2.3.2 表面改性MH对O-SEBS/PP/MH阻燃复合物性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 无机阻燃剂复配阻燃O-SEBS/PP共混体系的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 操作过程与试样制备
• 3.2.4 产物的结构表征与性能测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 ZB 与MH 复配阻燃O-SEBS/PP 共混体系的性能研究
• 3.3.2 EG 与MH 复配阻燃O-SEBS/PP 共混体系的性能研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 EG 与MH 复配阻燃不同O-SEBS/PP 基体的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 操作过程与试样制备
• 4.2.4 产物的结构表征与性能测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Oil 用量对阻燃O-SEBS/PP 复合物性能的影响
• 4.3.2 PP 用量对阻燃O-SEBS/PP 复合物性能的影响
• 4.3.3 PP-g-MAH 用量对O-SEBS/PP/MH/EG 复合物性能的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢