1、环保阻燃NR/PVC 共混型热塑性体的研究,导师: 教授 姓名: 专业：材料学,硕士研究生学位论文开题报告,主要内容,1.立题依据2.研究目标3.研究内容4.研究方案设计5.基础条件6.经费开支计划7.论文进度安排,1.立题依据,1.1 PVC基阻燃TPE的国内外研究现状聚氯乙烯（PVC）由于价格低廉、机械强度高、耐候性和绝缘性良好，应用广泛。硬质PVC（UPVC）由于氯含量较高而具有良好的阻燃性能，但是软质PVC弹性体或软制品的制备需在UPVC中添加一定量的小分子增塑剂，降低了PVC的阻燃性效果，且增塑剂的迁移也势必造成制品的污染。对此，软质PVC制品行业越来越倾向于使用PVC为基材的共混型
2、热塑性弹性体替代PVC /增塑剂材料，因为前者可在保证材料加工性能、机械性能、耐候性良好的条件下，杜绝了增塑剂的污染，且使其燃烧时放出的有毒烟气要比PVC燃烧时放出的量更少、毒性更小，更符合环保型高分子材料的要求。,20世纪60年代，美国、日本等发达国家开始进行高分子材料阻燃技术的研究和应用，而阻燃聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）的研究到20世纪90年初才有文献报道，直到20世纪90年代中期以后才有环保无卤阻燃TPO的研究报道。 目前，以PVC为基材的阻燃共混型热塑性弹性体的研究和应用主要集中在与PVC 具有较好的相容性的共混体系上：如PVC/CPE、PVC/NBR、PVC/EVA及PVC为基材
3、的多元相容共混阻燃弹性体，而与PVC相容性较差的非极性橡胶与PVC共混制备阻燃热塑性弹性体的研究因要解决组分间的相容性问题而报道较少，尚未见阻燃NR/PVCTPE的研究报道。,日本在PVC/EVA阻燃弹性体方面的研究报道较多。 1996年，大日-日本电缆有限公司将氢氧化铝/三氧化二锑作为PVC /EVA的阻燃剂，制得具有良好耐油耐低温性的阻燃电缆料。 2001年，张军等采用氯化石蜡/三氧化二锑并用作为NBR改性PVC共混体系的阻燃剂，制备出了综合性能良好的阻燃型NBR改性PVC软质泡沫塑料，其OI最高达到27.0%。2004年，C.A.William等研究了氢氧化镁/磷酸酯/钼酸铵阻燃体系对P
4、VC/CPE共混物的阻燃抑烟效果，结果表明，材料在保证机械强度和低温性能的前提下，氧指数达到34%，峰值释热速率73kW/m2，平均释热速率46 kW/m2，总释热速率80 MJ/m2，即具有优良的阻燃抑烟性能。据报道，一种采用PVC和TPU的共混物制备光缆用的缆料中，包含三氧化二锑、红磷、氢氧化镁、硅石等阻燃剂；这种阻燃弹性体拥有良好的阻燃性，柔软而不用交联，可以较好地满足在电缆光缆行业的应用。,1.2 研究的目的、意义与创新点,PVC是目前产量仅低于PE的一类通用塑料。它具有较高 的机械强度、良好的耐酸碱性能、介电性能及绝缘性能，同 时和一般塑料相比，它还具有较好的耐磨性能及阻燃性能。 目
5、前，软质PVC被广泛应用于化工设备的管道、衬里 ，建 筑 行业的墙纸、地板、防水卷材，电子电器中电线电缆绝缘层、 电线套管，汽 车内饰件及各种部件的表皮套，日用品如凉鞋、 拖鞋、薄膜用品（如农用薄地膜、雨衣薄膜等）等。然而，软质PVC中需加入较多量的易燃的低分子酯类增塑 剂，这势必造成PVC氧指数急剧降低，阻燃性能劣化，且增塑 剂的迁移也势必造成制品的污染。天然橡胶（NR）是海南岛最丰富的优势资源之一，其综合性能优良，是用途最广的一种通用橡胶；由于NR具有较高的弹性及屈挠性能、模量低、分子链柔顺特点，也成为制备TPE常用的弹性体原料。,对此，本研究采用NR与PVC制备共混型热塑性弹性体，通过系
6、统研究适宜的环保阻燃剂体系、增容方法和改性技术、复合工艺以及阻燃弹性体微观结构的修饰和调控，解决不同组分材料的相容性、有效控制分散相相畴以及单一无卤阻燃剂大量填充造成TPE力学性能劣化的问题，同时达到有效提高材料的界面粘结强度和材料的阻燃性的目的。本研究制备的环保阻燃NR/PVC共混型热塑性体可代替目 前传统型软质PVC材料，以缓解及解决部分领域对PVC环保、安全性能的市场要求。,2.研究目标, PVC分子链上由于带有-Cl而显极性，NR分子链是非 极性的，两者相容性极差，共混物界面粘结强度较弱，导致 制备的TPE综合性能较差。基于此，本实验将首先致力于确 定适宜的NR改性方式、加工工艺条件（
7、硫化时间和硫化温 度等）、橡塑共混比等因素，制备出力学性能优良的TPE。 NR组分的加入将影响TPE的阻燃效果。通过系统研究 环保型阻燃剂、协效阻燃剂及阻燃剂复配体系，研究其表面 改性实施方法、复合技术以及阻燃体系在基体中的组分含量 调控等，达到在提高TPE的阻燃抑烟性的同时TPE具有优良 的综合力学性能。,3.研究内容,3.1具体研究内容 采用不同的接枝单体，在引发剂的作用下实施NR的官能 化改性，研究不同官能化NR与PVC的相容性，得出适宜的改 性剂、改性方法及改性工艺条件。 官能化NR/ PVC TPE的制备工艺研究。拟采正交实验， 研究共混温度、动态硫化时间、模压时间等对弹性体硫化特性
8、 参数和力学性能的影响，确定适宜的工艺条件。 通过正交试验对比研究各种不同的阻燃剂（如金属氧化 物，氢氧化物，硼酸锌等）与P-N协效阻燃剂组成二元或三元 复配阻燃体系，优选出适合于本研究的高效阻燃体系 ；探究阻 燃体系的阻燃机理，确定其适宜的用量。, 在确定高效阻燃体系的基础上，对比研究不同种类低分 子活性剂、偶联剂和不同种类官能化高分子改性剂以及“原位” 增容改性、微胶囊化技术改性阻燃体系的效果。达到改善阻燃 剂与基体的相容性和在基体中的分散性，充分发挥阻燃体系的 阻燃抑烟效果，并确定阻燃剂适宜的改性方法及用量。 通过动态硫化（交联）、增容技术、复合工艺和技术 等实施阻燃TPE的微观结构与性
9、能的修饰和调控，制备高性能 的环保阻燃NR/ PVC TPE新材料。,3.2 重点解决的问题 适合于本研究的复配阻燃体系的优选和改性。通过系统研究，找到既阻燃又抑烟的环保复配阻燃体 系，使制备的材料达到相关标准。通过系统研究，得到适合于本研究阻燃体系适宜的改性 方法（措施），解决阻燃剂大量填充造成材料力学性能劣化 的问题。 阻燃材料形态结构的调控，研制高性能的环保阻燃TPE。NR、阻燃体系分散相的均一性和相畴的控制，对改善不 均质物质的界面粘结强度产生重要影响，同时也为高效阻燃 提供保证。 通过微观结构与性能的研究，探讨阻燃TPE的阻燃抑烟 机理。,3.3 预期研究成果 通过本项目的研究，探索
10、高效的阻燃体系及其改性技 术，确定适合NR/PVC TPE的阻燃改性的最佳工艺条件，制 备出高性能、高附加值的NR/PVC TPE材料，开拓NR/PVC TPE的应用领域。 国内外核心期刊发表相关论文若干篇，完成硕士论文。,4.研究方案设计,4.1 研究方法 应用正交试验设计，研究材料的适宜加工工艺条件；探 索阻燃体系不同的改性方法、阻燃性及材料的力学性能，并 确定阻燃体系的适宜配比及用量。 用傅立叶红外光谱仪表征阻燃剂的表面改性效果。 用极限氧指数仪和烟密度仪测试TPE的阻燃、抑烟效果。 用拉力试验机、回弹性仪等对测试材料的静态力学性能。 用动态粘弹谱仪对材料的动态力学性能进行表征。 用门尼
11、粘度仪、熔融指数仪对材料加工性能进行表征。 用热重分析仪对材料的热分解性进行表征；用热变形、 维卡软化温度测定仪对材料的热变形性进行表征。 用扫描电镜（SEM）、透视电镜（TEM）对材料的分散 相在基体中的分散性和及材料破坏的微观形态结构进行表征。,4.2 主要技术路线,NR 官能化助剂,官能化NR,助剂,母炼胶,预塑化PVC,阻燃体系,共混、复合,动态硫化,阻燃 TPE片材,阻燃性能测试,加工性能测试,力学性能测试,微观形态结构分析,耐热性能测试,4.3试验项目的可行性本课题原材料、试剂均为国产，供需方便、价格便宜； 所采用的技术路线、测定分析、表征手段切实可行；制样、测 试和分析仪器设备具
12、备。从而保证了本研究的顺利完成。,5.基础条件, 针对课题进行了资料的查阅，并掌握了性能的测试 和表征手段。 课题的研究工作可利用实高分子系实验室的仪器设备 及学校、其他单位的相关仪器测试，可保证本课题的各项研 究工作顺利进行。,6.经费来源及开支计划,经费来源：李志君教授的科技基金开支计划：资料收集、论文撰写及发表费 3000元实验材料费（原材料、试剂、药品） 5000元实验项目测试费 5000元其他 2000元合计 15000元,7.论文进度安排,2011.10.012011.12.01： NR官能化改性、TPE制备工艺研究； 2011.12.02 2012.02.01：高效阻燃体系的优选及改性； 2012.02.02 2012.06.01：阻燃TPE制备工艺研究； 2012.06.02 2012.08.01：相关性能测试； 2012.08.02 2012.12.01：阻燃TPE的微观结构与性能的修饰和调控； 2012.12.02 2013.03.01：撰写论文 2013.03.02 2013.05.01： 修改论文,谢 谢 大 家！,
