經(jīng)過表面改性的MH和ATH在PP基體中分散均勻顆粒大都以原級顆粒形式分散于材料中。另一個行之有效的方法是,在體系中添加蒙脫土(MMT)等阻燃協(xié)效劑,以降低金屬水合物的添加量。MMT是一種納米級層狀硅酸鹽,添加到聚合物中,能降低燃燒時的熱釋放速率增加炭層連貫性。聚合物材料中直接添加無機(jī)MMT時,由于其與聚合物基體相容性較差,制備的復(fù)合材料性能往往難以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求因此需對其進(jìn)行改性。
蒙脫土又名膠嶺石、微晶高嶺石,是一種硅酸鹽的天然礦物質(zhì)粘土,為膨潤土礦的主要成分。蒙脫土具有層狀結(jié)構(gòu),層間有可交換的陽離子如Na+等,通過離子交換反應(yīng),插層劑有機(jī)陽離子能嵌入蒙脫土片層問,使層間距離增大,并使蒙脫土由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性,在剪切力作用下熔融聚合物插入蒙脫土層間使其剝離成納米厚的片層分散到聚合物基體中,可以降低熱釋放速率,而且成炭性好,同時和其他阻燃劑有協(xié)同作用。
在氫氧化物作為主要阻燃填料的基礎(chǔ)上,可以增加其他阻燃劑提高阻燃性能,如加入紅磷、有機(jī)硅化合物可以大大提高氧指數(shù)。氫氧化物和蒙脫土、滑石類礦物復(fù)配,可以提高燃燒時的成炭性。
為了進(jìn)一步提高尼龍與蒙脫土在阻燃中的作用,將蒙脫土添到到尼龍中會進(jìn)一步提高其成炭性能,對此進(jìn)行多年的研究與開發(fā)。實(shí)事證明尼龍蒙脫土復(fù)合母粒具有非常好的成炭效果,有數(shù)據(jù)顯示,同樣是10克添加量的情況,蒙脫土復(fù)合母粒、尼龍6和季戊四醇經(jīng)燃燒后產(chǎn)生的炭渣份數(shù)分別是49.7%、31.2%和29.4%,尼龍蒙脫土母粒的炭殘留量要比其它兩種成炭劑高出約20%左右。
這種納米結(jié)構(gòu)和形態(tài)特性不同于其他二維、三維無機(jī)納米粒子,從而賦予聚合物/蒙脫石復(fù)合材料以一些的機(jī)械性能,熱性能,功能性能和其他的物理性能。已有的實(shí)踐結(jié)果表明聚合物/蒙脫石納米復(fù)合材料,機(jī)械性能明顯提高,例如拉伸強(qiáng)度,彎曲強(qiáng)度提高20-50%,模量提高1-2倍;摩擦系數(shù),耐磨性提高1倍。熱變形溫度,結(jié)晶聚合物(如PA)提高80-90℃,非結(jié)晶聚合物提高10-30℃;熱膨脹系數(shù)減少約40%,材料的吸濕速度降低50%,尺寸穩(wěn)定性提高提高2-5倍;水蒸氣、O2、CO2紫外光透過率降低到1/2至1/5;熱釋放速度明顯延緩,阻燃性顯著提高,熔融流動性增加,成型收縮率降低,加工性能改善;復(fù)合材料的比重與單一聚合物相近,比常規(guī)無機(jī)填料改性的聚合物比重降低20-30%。材料的透光性也有不同程度的提高。因此聚合物/蒙脫石納米復(fù)合材料成為新一代高阻隔性包裝材料,高強(qiáng)度輕量化工程材料,高阻燃絕緣電器材料和抗疲勞彈性體材料。
蒙脫土主要成分蒙脫石,是由兩層Si—O四面體和一層Al-O八面體,組成的層狀硅酸鹽晶體,層內(nèi)含有陽離子主要是鈉離子,鎂離子,鈣離子,其次有鉀離子,鋰離子等。蒙脫土的納米有機(jī)改性目的是為了:將層內(nèi)親水層轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷畬樱瑥亩垢呔畚锱c蒙脫土有更好的界面相容性。