聚丙烯酸酯微乳液改性的阻燃型纳米氢氧化镁的制备研究

本研究旨在通过化学改性的方法，将聚丙烯酸酯（PAE）微乳液与纳米氢氧化镁（MH）相结合，以期开发出一种新型的阻燃剂，旨在提高纳米氢氧化镁在聚合物基质中的分散性、界面相容性及阻燃性能。通过优化制备工艺，实现纳米氢氧化镁的表面修饰，进而探讨其在聚丙烯（PP）等聚合物材料中的应用效果，为提升聚合物材料的阻燃性和综合性能提供新的途径。

1. 引言

纳米氢氧化镁作为一种环保型无卤阻燃剂，因其在高温下分解吸热并释放水蒸汽，同时生成的氧化镁具有良好的隔热性，而被广泛研究。然而，其在聚合物中的分散性不佳及界面相容性差限制了阻燃效果的充分发挥。聚丙烯酸酯微乳液因其良好的成膜性、优异的粘接性能及易于功能化等特点，成为改性纳米氢氧化镁的理想选择。

2. 材料与方法

• 纳米氢氧化镁的合成：采用沉淀法制备纳米级氢氧化镁，控制反应条件以获得期望的粒径和形貌。
• 聚丙烯酸酯微乳液的制备：通过乳液聚合技术，选用特定的乳化剂和引发剂，制备具有特定分子量和功能团的聚丙烯酸酯微乳液。
• 表面改性：选用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）作为偶联剂，通过化学反应将聚丙烯酸酯微乳液接枝到纳米氢氧化镁表面，形成改性纳米氢氧化镁（MH@PAE）。

3. 性能测试与分析

• 分散性与形貌观察：通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察纳米氢氧化镁及其改性后的形态与分散状态。
• 热性能分析：使用热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）评估改性前后纳米氢氧化镁的热稳定性及阻燃性能。
• 力学性能测试：将改性纳米氢氧化镁添加到聚丙烯中，测试复合材料的拉伸强度、弯曲强度等力学性能。
• 阻燃性能测试：采用水平燃烧（UL-94）和极限氧指数（LOI）测试评价复合材料的阻燃性能。

4. 结果与讨论

研究结果显示，经聚丙烯酸酯微乳液改性的纳米氢氧化镁在聚丙烯基体中分散均匀，与基体间的界面相互作用增强，显著提高了材料的阻燃性能，包括降低了点燃时间和燃烧速度，提高了LOI值。同时，改性后的纳米氢氧化镁对聚丙烯的力学性能影响较小，部分样品甚至因界面结合的优化而有所增强。

5. 结论

通过聚丙烯酸酯微乳液对纳米氢氧化镁进行表面改性，成功改善了其在聚合物基质中的分散性和界面相容性，有效提升了复合材料的阻燃性能。该方法为开发高性能阻燃聚合物材料提供了一种新的策略，具有广阔的应用前景，尤其是在电子电器、建筑和交通工具等领域。未来的研究可进一步探索不同聚合物体系中的应用效果及改性方法的优化。