有机酸镧基蒙脱土的制备及其在PVC热稳定性中的应用研究

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聚氯乙烯因其具有优良的抗化学腐蚀性、电绝缘性、耐磨损性和价格低廉等特点,已普遍的应用于各个领域。然而,在实际的生产应用过程中,聚氯乙烯存在热稳定性不佳、冲击强度不高、加工性能不稳定等缺点;而且,在强制燃烧的过程中,聚氯乙烯是燃烧产烟量最大的树脂之一,对环境和人身安全都有很大的危害,这些严重影响了其应用范围和使用寿命。蒙脱土作为一种优异的添加剂已被广泛的应用于聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中。而且,我国稀土资源丰富,大量研究已证明,稀土元素镧对聚氯乙烯有优异的热稳定作用。因此,研究有机酸镧基蒙脱土对聚氯乙烯的热学、力学和阻燃抑烟性能具有重要意义。本实验采用阴离子表面活性剂和稀土元素对蒙脱土进行改性,通过熔融插层的方式制备有机酸镧基蒙脱土/聚氯乙烯纳米复合材料,采用TGA、FT-IR、XRD、ICP等对有机化蒙脱土的有机化程度、内在结构、层间距大小和稀土元素含量等进行测试和表征;利用热重分析和刚果红实验测试纳米复合材料的热稳定性;利用万能材料试验机和简支梁冲击试验机测试纳米复合材料的力学性能;利用锥形量热仪测试纳米复合材料的阻燃抑烟性能。得出以下结果:1、以钠基蒙脱土、氯化镧和三种阴离子表面活性剂为原料,通过单因素优化实验,调节pH值至5后加入6倍CEC的氯化镧,反应2h后调节pH值至8然后加入2倍CEC的阴离子表面活性剂,继续反应2h,成功制得高度插层的有机酸镧基蒙脱土;2、TGA和DTG实验结果表明,制备的三种有机酸镧基蒙脱土的有机化含量都达到了30%左右,其中通过SDSo有机化改性的蒙脱土自身热稳定性最好;ICP实验结果表明,制备的三种有机酸镧基蒙脱土中La-OMMT-SDD的镧元素含量最高,达到了11.99%;3、通过熔融插层的方式制备了La-OMMT/PVC纳米复合材料,TGA和刚果红实验结果表明,La-OMMT-SDD可以有效提高PVC树脂的热稳定性,当添加量为3份时,PVC的起始分解温度可提高31.64℃,刚果红热稳定时间可提高15min以上;拉伸和冲击测试表明,随着La-OMMT的添加,拉伸强度和冲击强度都呈现出先增大后减小的趋势,其中以La-OMMT-SMDP的改善效果最佳,当添加量为3份时,冲击强度达到了6.56±0.49kJ/m2,较纯PVC提高了69.51%;4、阻燃抑烟性能测试表明,La-OMMT在PVC燃烧的过程中起到了显著的阻燃作用,其中以La-OMMT-S MDP的效果最显著,可以使PVC的峰值热释放速率降低到131.48kw/m2,但对其抑烟效果表现的并不理想。
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