聚丙烯(PP)具有质量轻、易加工、耐热、耐化学 药品性强等优良特性，得到广泛应用。近年来对PP 的阻燃增强复合改性，使其进一步扩大了在电器、 化工、建材、车船等工程领域的应用，取代部分工 程塑料。随着环保法规要求日益严格，无卤环保高 性能阻燃增强PP复合材料的研制显得尤为紧迫。 有机蒙脱土（OMMT）含量在2%~8%左右时就可使 聚合物/有机蒙脱土（OMMT）纳米复合材料各种物 理机械性能明显改善，具有成炭好、抗熔滴、抗迁 移、烟雾少、密度小、低释热速率和质量损失速率 等优异特性。PP是非极性聚合物，其分子链难以直接插层进入有机改性蒙脱土层间，因此不能制得 剥离型纳米蒙脱土（MMT）片层复合材料[1]。而在PP 主链或侧链上键入少量的极性基团形成改性PP， 赋予PP足够的极性，同MMT相容并插层进入 OMMT片层间，并通过熔融共混炼法制得剥离型 PP/OMMT纳米复合材料。最好先以马来酸接枝聚 丙烯（PP-g-MA）为载体，与OMMT熔融共混炼，制 成含OMMT为30%~50%的母料后再使用。这种先 制成母料的二步法比仅用PP-g-MA作相容剂的一 步法效果好，可确保OMMT充分剥离成1~5 nm厚的 薄片并分散在PP基料中，发挥纳米材料作用。

PP/OMMT纳米复合材料的阻燃性提高主要表现在用锥形量热仪测得的释热速率(HRR)和质量损失速率(MLR)的较大幅度下降，抗熔滴作用和成炭作用，减少发烟量，但对材料的氧指数及UL- 94阻燃级别的改进不大。为了提高材料的这2个 阻燃指标，常配合使用一些常规阻燃剂。在保持相同的材料阻燃级别时，纳米复合材料与纯聚合物 相比，所需阻燃剂量可减少，材料的物理机械性能及其他性能相对高[2]。

青岛华舜工贸有限公司于2008年研制成功阻燃用有机改性纳米蒙脱土（ONMMT-FR），选用 电荷密度适中的蒙脱石矿物，经多级提纯、剥片， 制得高纯度大径厚比MMT，选用高活性有机阻燃 剂和有机硅特殊复式扩层，代替易燃的烷基季铵 盐插层剂，从而使ONMMT-FR的阻燃性能较普通 OMMT更好。本文介绍了采用含PP-g-MA和 ONMMT-FR的母料作协效剂和相容剂，氮-磷系 阻燃剂，玻璃纤维（玻纤）作增强剂，以及少量加工 助剂与基体树脂PP共混，制成无卤环保型阻燃增 强PP复合材料，并测试了其阻燃性能、耐热性能 和力学性能。

1 实验部分

1.1原材料与仪器设备

PP F401，扬子石化公司；ONMMT-FR，青岛 华舜工贸有限公司；PP、PE专用阻燃剂，型号 6002，山东世安化工公司；无碱长玻璃纤维，使用 前经KH 560硅烷处理；PP-g-MA，抗氧剂1010， PP蜡均为市售工业品。

高速混合机，SHR-10A，张家港丰华机械有限 公司；双螺杆挤出机，TE-30，南京科亚公司；平板 硫化机，QLB-D上海橡胶机械厂；机械式拉力试验 机，LJ-500，承德精密试验机有限公司；悬臂梁冲 击试验机，XJU-5.5，承德试验机厂；垂直燃烧测定 仪，CZF-3，南京江宁分析仪器厂；热变形温度测定 仪，CEAST HDT6911型，意大利CEAST公司。

1.2试样制备

1.2.1 PP-g-MA/ONMMT-FR纳米复合母料制备 将PP-g-MA与ONMMT-FR按60∶40的比例用高速混合机混合后，用双螺杆挤出机熔融混炼 挤出造粒。

1.2.2 阻燃增强PP复合材料制备

将按表1所示配比的物料（除玻纤外）用高速 混合机混合后投入双螺杆挤出机料斗，玻纤从侧加料口添加，在料筒温度170~220℃下混炼挤出 造粒，粒料经干燥后用平板硫化机热压制成标准 厚度的片材，切割制成标准试样。

1.3测试方法

拉伸强度按GB/T 1040-1992测试，拉伸速度 50 mm/min(测量温度23℃，下同)；弯曲强度按 GB/T 9341-2000方法测试，下压速度2 mm/min； 悬臂梁冲击强度按GB/T 1843-1996测试；阻燃等级按GB 2408-1996测试(1.6 mm厚)。

2 结果与讨论

一般有机改性蒙脱土用耐热性较差且易燃的烷基季铵盐做插层剂，因而耐热性和阻燃性较差， 而ONMMT-FR采用高活性有机阻燃剂和有机硅特殊复式扩层，因此，阻燃性优于普通OMMT。其性状：外观为米白色粉体，组成为蒙脱土有机衍生物，径厚比＞200，平均粒径＜15μm,叠层厚度＜25 μm,表观密度＜0.35 g/cm3,含湿量＜3%，纯度96%~ 98%，层间距：d001＞3.29 nm。

2.1性能测试结果

阻燃增强PP纳米复合材料的性能测试结果如 表1，可以看出，在PP 52份、54份，玻璃纤维8份、10 份，其他添加剂相同时，阻燃性均可达到UL-94 V- 0级(1.6 mm厚)，且低烟、无熔滴现象，耐热性和力 学性能优异，阻燃性同为V-0级时，玻璃纤维用量 10份时比8份时的力学性能好。而文献[3]为：当含 少量相容剂的玻璃纤维用量从5份增加到10份时，力学性能增强，阻燃性 能从V-0级降至V-1级，与本试验不同的是文献[3] 没有使用PP-g-MA/ONMMT-FR母料作协效剂。

由于ONMMT-FR经PP-g-MA扩层，ONMMT-FR 的片层在PP基体中充分剥离，具有纳米效应，不 仅显著提高了各力学性能，而且与氮-磷阻燃剂具 有很好的协同作用，燃烧残余物增加，均匀的类陶 瓷残余物覆盖于燃烧表面，起到阻止热、氧气等的 交流及进入材料内部，而且MMT在受热降解过程 中会促进材料表面形成坚固的炭层，延缓热量向 材料内部传导，同时延缓材料热分解后小分子产 物的逸出，明显提高阻燃效果[4，5]。

2.2  ONMMT-FR与氮-磷阻燃剂的协同使用

OMMT与多种常规阻燃剂具有协同效应，刘 云[6]等的研究表明，在丙烯酸甲苯酯/聚磷酸铵/有 机蒙脱土（CA/APP/OMMT）总量为20%的PP体系 中，若OMMT添加量为0.5%~2%时，体系LOI提 高,垂直燃烧性能也从未加OMMT的V-1级提高 至V-0级，说明OMMT在最佳添加量时与CA/ APP之间存在着一定的协效阻燃作用。在本试验 中，ONMMT-FR已充分剥离成纳米级薄片，与常 规阻燃剂氮-磷系的协同阻燃效果更为显著。这是 由于纳米复合材料的热稳定性较高，且炭层致密， 对材料有屏蔽保护作用，能够减少常规阻燃剂的 量而不影响复合材料的阻燃性，同时显著提高各 种力学性能。

2.3PP-g-MA/ONMMT-FR阻燃母料的影响
PP是非极性聚合物，PP-g-MA有极性基团， 因此，仅用少量PP-g-MA作相容剂与基体、常规 阻燃剂和OMMT采用直接熔融共混，仍然难以制 得OMMT充分剥离的复合材料。采用首先将PP- g-MA与ONMMT-FR共混炼制成PP-g-MA/ ONMMT-FR母料的方法，由于PP-g-MA此时相 对量大，有足够的基团相容、插层、剥离ONMMT- FR，形成纳米复合材料，将它与基料PP、氮-磷阻 燃剂、玻纤、加工助剂共混后，即可制得OMMT充 分剥离且阻燃增强性能好的PP纳米复合材料。

3 结论

实验结果表明，采用（PP-g-MA/ONMMT-FR）母料与氮-磷阻燃剂、玻璃纤维和少量加工助剂， 对PP进行阻燃增强改性，可制得阻燃增强高性能 纳米复合PP材料，阻燃性能达到UL-94 V-0级 (1.6 mm)，拉伸强度40.8~41.5 MPa，弯曲强度68~ 70.5 MPa，缺口冲击强度8.48~8.95 kJ/m2，热变形 温度159~160℃(0.45 MPa)。

参考文献

[1]蔡永源.现代阻燃技术手册[M].北京：化学工业出版社， 2008：323

[2]欧育湘，李建军.阻燃剂—性能制造及应用[M].北京：化 学工业出版社，2006:310

[3]郝冬梅，刘彦明，林倬仕,等.无卤膨胀型阻燃剂ANTI- 610阻燃玻纤增强聚丙烯的研究[C].湖北宜昌：2008年 全国阻燃学术年会论文集，2008：74~77

[4]刘波，曾幸荣，王岩.PP/MMT纳米复合材料的制备与性 能研究[J].合成材料老化与应用，2005,34（4）：10~13

[5]贾修伟.纳米阻燃材料[M].北京：化学工业出版社， 2005：375

[6]刘云，廖云川，夏爽,等.OMMT的加入对PP/CA/APP体 系阻燃效果的影响[C].湖北宜昌:2008年全国阻燃学术 年会论文集.2008:42~44