陳雙陸， 王玉海， 吳小漫， 盧朝亮， 蔡煜渠， 馬立軍， 楊麗庭

(華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣州 510006)

聚丁二酸丁二醇酯/氫氧化鎂生物可降解阻燃復(fù)合材料的性能研究

陳雙陸， 王玉海*， 吳小漫， 盧朝亮， 蔡煜渠， 馬立軍， 楊麗庭

(華南師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣州 510006)

熔融擠出制備了聚丁二酸丁二醇酯/氫氧化鎂(PBS/Mg(OH)2)生物可降解阻燃復(fù)合材料，并對(duì)其熔體流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性、阻燃性能、結(jié)晶與熔融行為和力學(xué)性能進(jìn)行研究. 結(jié)果表明，加入Mg(OH)2降低了PBS的熔體流動(dòng)速率，延緩PBS在燃燒過程中的分解，有效提高PBS的極限氧指數(shù)和抗滴落性能. Mg(OH)2對(duì)PBS結(jié)晶具有的異相成核作用，顯著提高PBS的結(jié)晶溫度并改變PBS的熔融行為. 當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于40%時(shí)，Mg(OH)2提高PBS的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量，但降低PBS的斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度；當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%時(shí)，由于PBS和Mg(OH)2的相容性較差，PBS/ Mg(OH)2復(fù)合材料在拉伸和彎曲過程中均呈現(xiàn)出脆性斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度降低.

聚丁二酸丁二醇酯； 氫氧化鎂； 阻燃性能； 結(jié)晶與熔融行為； 力學(xué)性能

由于石油基聚合物材料降解周期長(zhǎng)，廢舊處理困難，易產(chǎn)生“白色污染”等問題，人們對(duì)生物可降解聚合物材料的需求越來越強(qiáng)烈[1]，其中聚丁二酸丁二醇酯(PBS)由于與低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯的基礎(chǔ)物理性質(zhì)和力學(xué)性能相近[2]，加工方便，可適應(yīng)目前常規(guī)的塑料加工成型工藝，耐熱性能好，在一定程度上可以取代傳統(tǒng)石油基聚合物，但PBS阻燃性能較差、燃燒熔滴現(xiàn)象嚴(yán)重等問題限制了其在電子電器、汽車、家電等產(chǎn)品上的應(yīng)用，因此需要進(jìn)行阻燃改性.

近年來，對(duì)PBS阻燃改性的研究主要集中在探究膨脹型阻燃劑(IFR)對(duì)PBS的阻燃效果和阻燃機(jī)理. IFR具有低煙、低毒、高效等特點(diǎn)，在燃燒過程中，IFR促進(jìn)PBS形成大量炭層，炭層能夠隔絕燃燒產(chǎn)生的熱量及可燃?xì)怏w的交換，從而起到高效阻燃的作用[3-5]. 二氧化硅[6]、石墨烯[7]、MgAlZnFe-CO3層狀雙氫氧化物[8]、籠型聚倍半硅氧烷(POSS)[9]等與膨脹阻燃劑配合對(duì)PBS的阻燃具有協(xié)同作用，可提高PBS的阻燃和抗滴落性能.

氫氧化鎂(Mg(OH)2)作為環(huán)保型無機(jī)阻燃劑，具有阻燃、消煙與填充等功能，廣泛應(yīng)用于聚烯烴的阻燃[10-12]，但對(duì)PBS的阻燃作用鮮有報(bào)道.本文利用Mg(OH)2作為阻燃劑，通過熔融擠出制備了系列PBS/Mg(OH)2阻燃復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能、阻燃性能、炭層形貌、結(jié)晶與熔融行為以及力學(xué)性能進(jìn)行研究，為制備PBS/Mg(OH)2阻燃復(fù)合材料提供依據(jù).

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料

氫氧化鎂(Mg(OH)2，簡(jiǎn)稱MH)粒徑1～2 μm，未處理，阿拉丁試劑(上海)有限公司產(chǎn)品；聚丁二酸丁二醇酯(PBS)：牌號(hào)1020MP，日本昭和高分子公司.

1.2樣品制備

在制備樣品之前，所有原料均于80 ℃干燥12 h，按照一定的質(zhì)量比例將PBS與Mg(OH)2混合均勻，通過科倍隆科亞(南京)機(jī)械有限公司的CTE20同向雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、造粒. 轉(zhuǎn)速120 r/min，螺桿的各段溫度為135、145、155、150、150 ℃.

按照GB1042-79標(biāo)準(zhǔn)，將粒料加入KSU-250ST直立式注塑機(jī)(今塑(香港)精密機(jī)械有限公司)進(jìn)行注塑成拉伸、彎曲、沖擊和阻燃測(cè)試用標(biāo)準(zhǔn)樣條，注塑溫度為150 ℃.

將PBS與Mg(OH)2質(zhì)量比90/10、80/20、70/30、60/40、50/50及40/60的樣品分別命名為PBS/MH(90/10)、PBS/MH(80/20)、PBS/MH(70/30)、PBS/MH(60/40)、PBS/MH(50/50)及PBS/MH(40/60).

1.3材料表征

利用美國(guó)TA公司的Q20型差示掃描量熱儀(DSC)對(duì)樣品的非等溫結(jié)晶與熔融行為進(jìn)行測(cè)試. 樣品用量約為5 mg，在N2保護(hù)下，從40 ℃快速升溫到150 ℃，恒溫3 min以消除熱歷史，以10 ℃/min的速率降溫至40 ℃后，再以10 ℃/min升溫至150 ℃. 從降溫與第2次升溫曲線中計(jì)算結(jié)晶與熔融數(shù)據(jù).

利用日本Nikon公司的偏光顯微鏡(POM)對(duì)PBS樣品的晶體形貌進(jìn)行觀察，取少量樣品置于熱臺(tái)上，快速升溫至150 ℃，恒溫3 min熔融消除熱歷史，后降溫至室溫使其完全結(jié)晶，觀察樣品的晶體形貌.

利用德國(guó)Bruker公司的D8 ADVANCE型X 射線衍射儀對(duì)樣品的晶型進(jìn)行測(cè)試，管壓40 kV，管流30 mA，范圍2θ=5°～35°，使用CuKα射線，掃描速率4°/min，樣品均經(jīng)過DSC結(jié)晶處理.

利用德國(guó)耐馳儀器制造有限公司的TG209F3型熱失重分析儀對(duì)阻燃復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試.測(cè)試條件：在O2氣氛下，以20 ℃/min的升溫速率從40 ℃升溫至600 ℃.

利用日本電子株式會(huì)社的JSM-6010LA型掃描電鏡(SEM)對(duì)樣品燃燒后的形貌特征進(jìn)行分析.

1.4性能測(cè)試

1.4.1熔體流動(dòng)性測(cè)試?yán)蒙虾Ｋ紶栠_(dá)科學(xué)儀器有限公司的RL-Z1B1型熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀對(duì)樣品的溶體流動(dòng)速率(MFR)進(jìn)行測(cè)定. 溫度為130 ℃、砝碼為2 160 g.

1.4.2阻燃性能研究

(1)極限氧指數(shù)(LOI)分析.極限氧指數(shù)(LOI)，即維持燃燒所需O2和N2混合氣體的最低O2濃度，可以用來定性評(píng)價(jià)材料的燃燒性能. 按照GB/T2406-93標(biāo)準(zhǔn)，利用濟(jì)南德瑞克儀器有限公司的DRK 304B型氧指數(shù)測(cè)定儀對(duì)樣品進(jìn)行極限氧指數(shù)測(cè)試. 樣條尺寸為：80 mm×10 mm×4 mm.

(2)可燃性UL94測(cè)試.按GB/T2408-2008標(biāo)準(zhǔn)，利用中國(guó)江寧儀器分析公司的CZF-3型水平垂直燃燒測(cè)定儀對(duì)樣品進(jìn)行UL-94測(cè)試. 樣條尺寸為：125 mm×13 mm×3 mm.

1.4.3力學(xué)性能測(cè)試?yán)妹捞厮构I(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司的CMT6104型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)GB/T1040.2-2006進(jìn)行拉伸性能測(cè)試. 拉伸測(cè)試采用位移控制，以50.0 mm/min速率拉伸至斷裂，測(cè)定材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長(zhǎng)率. 按照GB/T9341-2000進(jìn)行彎曲性能測(cè)試，采用位移控制，跨度為64 mm，以2.0 mm/min速率下降至樣品出現(xiàn)屈服，測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量.

利用長(zhǎng)春智能儀器設(shè)備有限公司的JJ-20型記憶式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)GB/T 1043-93對(duì)樣品進(jìn)行缺口沖擊試驗(yàn). 樣品尺寸80 mm×10 mm×4 mm，帶有深度2.0 mm的V型缺口.

2　結(jié)果與討論

2.1PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的熔體流動(dòng)性

無機(jī)填料通常為不可變形的剛性粒子，流動(dòng)性差，在熔體中可以近似認(rèn)為其粘度無窮大，阻礙了聚合物熔體的流動(dòng)，因而使聚合物的粘度變大. PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率(MFR)數(shù)據(jù)見表1. 隨著Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合材數(shù)的粘度增大，MFR逐漸降低，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)Mg(OH)2導(dǎo)致PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的加工困難.

表1PBS和PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的MFR、LOI、UL-94等級(jí)和DSC數(shù)據(jù)

Table 1MFR, LOI, UL-94 and DSC results of PBS and PBS/Mg(OH)2composites

SamplesMFR/(g·min-1)LOI/%UL-94ratingTc/℃Tm/℃PBS0.62419.1NR70.9114.1PBS/MH(90/10)0.57319.8NR81.7113.7PBS/MH(80/20)0.55221.2NR83.6112.9PBS/MH(70/30)0.51623.2NR86.6112.7PBS/MH(60/40)0.45926.3NR88.2113.0PBS/MH(50/50)0.35530.1V289.0112.7PBS/MH(40/60)0.25535.1V088.6112.5

2.2PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性

圖1為PBS及PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料在N2和O2氣氛下的熱重(TG)及其微分熱重(DTG)分析曲線. 在N2氣氛下，加入Mg(OH)2后，復(fù)合材料的初始分解溫度向低溫移動(dòng)，是由Mg(OH)2分解所致，DTG曲線中，純PBS的最大分解溫度在410 ℃左右，Mg(OH)2的加入未明顯改變PBS的最大分解溫度. 而在O2氣氛下，雖然Mg(OH)2的加入也使PBS復(fù)合材料初始分解溫度降低，但提高了PBS的最大分解溫度，是因?yàn)镸g(OH)2分解時(shí)的吸熱作用和分解后無機(jī)殘余物對(duì)PBS分解的延緩作用.

圖1　PBS和PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的TG和DTG曲線

2.3PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的阻燃性能

2.3.1LOI和UL-94分析PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的LOI數(shù)據(jù)見表1，純PBS的LOI為19.1%，Mg(OH)2的加入逐漸提高PBS的LOI，當(dāng)Mg(OH)2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到60%時(shí)，LOI達(dá)到35.1%，具有良好的阻燃性能. 原因是燃燒過程中，Mg(OH)2發(fā)生分解吸收大量熱量，降低復(fù)合材料燃燒表面的溫度，并且分解產(chǎn)生的大量水汽對(duì)O2有一定的阻隔效果.

PBS的抗滴落性能較差，在垂直燃燒測(cè)試過程中，容易發(fā)生熔融滴落. 加入Mg(OH)2后，其網(wǎng)絡(luò)骨架作用以及分解后殘余氧化物的覆蓋作用提高PBS的抗滴落性能，但加入40%的Mg(OH)2仍然未能使PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料達(dá)到UL-94阻燃等級(jí)(表1)，只有當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到50%后，才通過UL-94 V2測(cè)試，Mg(OH)2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到60%后，復(fù)合材料可以通過UL-94 V0測(cè)試.

2.3.2燃燒形貌分析圖2直觀地反映了純PBS在燃燒中產(chǎn)生嚴(yán)重的熔融滴落(實(shí)際為帶著火焰的高溫融滴)，未出現(xiàn)成炭現(xiàn)象. Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，復(fù)合材料燃燒過程中未出現(xiàn)熔融滴落現(xiàn)象，并且形成一定的炭層，PBS的阻燃性能得到了改善，Mg(OH)2含量達(dá)到50%時(shí)，Mg(OH)2分解后形成大量的無機(jī)氧化物層和誘導(dǎo)PBS生成炭層，進(jìn)一步提高PBS的抗滴落和阻燃性能.

分析燃燒后材料表面灰分可以了解阻燃材料的阻燃機(jī)理. 圖3為PBS及PBS/MH(50/50)復(fù)合材料燃燒灰分的掃描電鏡圖，純PBS燃燒后表面平滑，未有明顯的炭層，而PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料燃燒后形成表面結(jié)構(gòu)松散的炭層，并帶有大量微細(xì)的孔洞，炭層物理性能差，這樣的表面炭層未能有效地阻止燃燒過程中PBS分解所產(chǎn)生可燃性有機(jī)物的逸出，限制其阻燃保護(hù)屏障作用. 這歸因于:(1)Mg(OH)2在燃燒過程中未能誘導(dǎo)PBS形成炭層；(2)Mg(OH)2在分解過程中產(chǎn)生大量水汽，水汽的逸出導(dǎo)致炭層破裂產(chǎn)生微孔.

圖2PBS和PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料燃燒后的照片

Figure 2Photos of PBS and PBS/Mg(OH)2composites after combustion

圖3　PBS及PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料燃燒灰分的掃描電鏡圖

綜上所述，Mg(OH)2對(duì)PBS的阻燃主要是靠燃燒過程中Mg(OH)2分解的吸熱作用、水汽的阻隔作用以及無機(jī)殘余物的覆蓋作用，其作用強(qiáng)度均與Mg(OH)2的含量有關(guān)，Mg(OH)2在較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)對(duì)PBS的阻燃效果顯著.

2.4PBS/Mg(OH2)復(fù)合材料結(jié)晶與熔融行為

聚合物的結(jié)晶度和晶體形態(tài)會(huì)影響其力學(xué)性能，且聚合物的結(jié)晶與熔融行為能夠反映聚合物復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和體系中各個(gè)組分的相互作用. 下文分析Mg(OH)2對(duì)PBS的結(jié)晶與熔融行為的影響.

2.4.1結(jié)晶與熔融特性采用差示掃描量熱(DSC)法分析PBS及PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的結(jié)晶與熔融特性(圖4)，讀取Tc和Tm數(shù)據(jù)見表1. Mg(OH)2的加入顯著提高PBS的結(jié)晶溫度(Tc)，10% Mg(OH)2的加入使PBS結(jié)晶溫度提高了10.82 ℃(從70.89 ℃提高到81.71 ℃)，說明Mg(OH)2對(duì)PBS結(jié)晶起到明顯的異相成核作用. 隨著Mg(OH)2添加量的增加，PBS的結(jié)晶溫度先逐漸提高，后趨于穩(wěn)定，說明Mg(OH)2對(duì)PBS結(jié)晶的異相成核作用存在飽和含量，是因?yàn)镸g(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，粒子發(fā)生團(tuán)聚，但使結(jié)晶異相成核點(diǎn)并不一定增加，另一方面，大量Mg(OH)2粒子的存在會(huì)阻礙PBS鏈段運(yùn)動(dòng)，降低PBS結(jié)晶能力.

圖4　PBS和PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的DSC曲線

有研究表明[13-16]PBS存在多重熔融行為可解釋為：PBS在升溫熔融過程中，由于完善程度較小晶體的熔融吸熱和再結(jié)晶放熱于1個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行，在DSC曲線上表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并且晶體的完善程度與結(jié)晶溫度有關(guān). 當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%時(shí)，PBS的結(jié)晶溫度(Tc)低，完善程度較小晶體的完善程度和熱穩(wěn)定性較差，其熔融吸熱焓較小，DSC曲線上主要表現(xiàn)為再結(jié)晶的放熱峰；而當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時(shí)，PBS的結(jié)晶溫度(Tc)提高，完善程度較小晶體的完善程度和熱穩(wěn)定性也增加，其熔融溫度和熔融吸熱焓變大，這時(shí)DSC曲線上便出現(xiàn)熔融峰T″m，再結(jié)晶放熱峰的面積相應(yīng)變小，峰溫也移向高溫；隨著Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，完善程度較小晶體的完善程度和熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，熔融峰T″m的峰溫和面積逐漸提高，再結(jié)晶峰逐漸變小，直至消失(當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%后).

2.4.2晶體形貌圖5是純PBS與PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料經(jīng)過偏光顯微觀察所呈現(xiàn)的晶體形貌.純PBS的球晶尺寸較大，球晶間界面比較清晰，而在PBS/MH(90/10)復(fù)合材料中，PBS形成大量小尺寸球晶，球晶的界面變得模糊不清，也表明Mg(OH)2對(duì)PBS結(jié)晶起到了異相成核點(diǎn)作用，增加了PBS晶核的密度，使PBS形成小的晶體.

2.5PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的力學(xué)性能

阻燃試驗(yàn)表明在PBS/Mg(OH2)復(fù)合材料中，Mg(OH)2作為阻燃劑，要獲得有效的阻燃效果，添加量需達(dá)到40%以上，而這將會(huì)影響PBS的力學(xué)性能.

圖5　PBS和PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的晶體形貌

2.5.1拉伸性能圖6為PBS及PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長(zhǎng)率隨Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的曲線圖. 由圖6A可見，Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于40%時(shí)，隨著Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量逐漸增大；Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%時(shí)，拉伸強(qiáng)度顯著下降，彈性模量變化不大；而少量Mg(OH)2的加入，使PBS的斷裂伸長(zhǎng)率急劇下降，Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到30%后，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率降到10%以下，Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到50%后，復(fù)合材料發(fā)生脆性斷裂，斷裂伸長(zhǎng)率低于4%，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度顯著減小.

圖6　Mg(OH)2含量對(duì)PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂伸長(zhǎng)率的影響

Mg(OH)2能夠提高PBS的拉伸強(qiáng)度和彈性模量的原因有兩方面，一是Mg(OH)2對(duì)PBS結(jié)晶的異相成核作用，提高PBS的結(jié)晶度，增加復(fù)合材料的強(qiáng)度和剛性；二是Mg(OH)2作為二維片狀填料，在拉伸過程中能夠承擔(dān)拉伸應(yīng)力，對(duì)PBS有增強(qiáng)作用. 但在高含量下，Mg(OH)2顆粒發(fā)生團(tuán)聚，應(yīng)力集中于Mg(OH)2團(tuán)聚體及其與PBS的界面上，由于PBS與Mg(OH)2相容性不好，界面強(qiáng)度弱，在應(yīng)力作用下，界面容易出現(xiàn)裂紋，裂紋沿著界面快速擴(kuò)展，使復(fù)合材料產(chǎn)生脆性斷裂.

2.5.2彎曲性能圖7為PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量隨Mg(OH)2含量變化的曲線. Mg(OH)2含量小于40%時(shí)，隨Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量逐漸增加，Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于40%時(shí)，由于發(fā)生脆性斷裂，彎曲強(qiáng)度下降，而Mg(OH)2顆粒的增強(qiáng)作用使彎曲模量繼續(xù)上升.

2.5.3沖擊性能圖8為PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的曲線. 10%Mg(OH)2的加入顯著降低PBS的沖擊強(qiáng)度，隨著Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度不斷降低，是因?yàn)樵跊_擊過程中，Mg(OH)2作為應(yīng)力集中點(diǎn)引發(fā)裂紋，產(chǎn)生的裂紋沿著弱界面快速擴(kuò)散而導(dǎo)致發(fā)生脆性斷裂.

圖7Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的影響

Figure 7Effect of Mg(OH)2content on blend strength and blend modulus of PBS/Mg(OH)2composites

圖8Mg(OH)2含量對(duì)PBS/Mg(OH)2復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響

Figure 8Effect of Mg(OH)2content on impact strength of PBS/Mg(OH)2composites

3　結(jié)論

本文以Mg(OH)2為阻燃劑，通過熔融擠出制備了系列PBS/Mg(OH)2阻燃復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料的熔體流動(dòng)行為、熱穩(wěn)定性能、阻燃性能、炭層形貌、結(jié)晶與熔融行為以及力學(xué)性能進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：

(1)Mg(OH)2的加入提高了PBS的粘度，降低了熔體流動(dòng)速率，延緩了PBS在空氣中的分解，有效提高PBS的阻燃性能和抗滴落性能. Mg(OH)2對(duì)PBS的阻燃主要是靠燃燒過程中Mg(OH)2分解的吸熱作用、水汽的阻隔作用和無機(jī)殘余物的覆蓋作用，而這些均與Mg(OH)2的含量有關(guān)，所以Mg(OH)2對(duì)PBS的阻燃只有在其質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于50%后才有較為顯著的效果.

(2)Mg(OH)2對(duì)PBS結(jié)晶具有異相成核作用，能夠提高PBS的結(jié)晶溫度，細(xì)化PBS球晶并改變PBS的多重熔融行為.

(3)Mg(OH)2作為二維填料，對(duì)PBS起到增強(qiáng)作用，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于40%時(shí)，提高PBS的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量，但由于Mg(OH)2與PBS的相容性較差，界面強(qiáng)度弱，當(dāng)Mg(OH)2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于50%時(shí)，在應(yīng)力作用下，界面容易出現(xiàn)裂紋，裂紋沿著界面快速擴(kuò)展，使復(fù)合材料產(chǎn)生脆性斷裂.

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【中文責(zé)編：譚春林 英文責(zé)編：李海航】

Properties of Poly(butylene succinate)/Magnesium Hydroxide Biodegradable Retardant Composites

Chen Shuanglu, Wang Yuhai*, Wu Xiaoman, Lu Chaoliang, Cai Yuqu, Ma Lijun, Yang Liting

(School of Chemistry and Environment, South China Normal University, Guangzhou 510006, China)

The poly(butylene succinate)/magnesium hydroxide (PBS/Mg(OH)2) biodegradable retardant composites were prepared by melt extrusion, and the melting flow index, thermal stability, flame retardant properties, crystallization and melting properties and mechanical properties were studied. The results indicated that MFR of PBS/Mg(OH)2composites was decreased with the increase of Mg(OH)2. Mg(OH)2retarded the decomposition of PBS during combustion, and improved the limited oxygen index values of the composites and exhibited excellent anti-dripping properties. Mg(OH)2increased the crystallization temperature and influenced the melting behavior of PBS due to its heterogeneous nucleation for PBS. When the contents of Mg(OH)2were less than 40%, the addition of Mg(OH)2improved the tensile strength, Young′s modulus, blend strength and blend modulus of PBS, but reduced the elongation at break and impact strength of PBS. However, when the contents of Mg(OH)2were more than 50%, PBS/Mg(OH)2composites displayed brittle fracture during tensile and blend process due to the poor interfacial interaction between PBS and Mg(OH)2, leading to lower tensile strength and blend strength.

poly(butylene succinate); magnesium hydroxide; flame retardant properties; crystallization and melting properties; mechanical properties

2014-12-30《華南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》網(wǎng)址：http://journal.scnu.edu.cn/n

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目(2012B091000141)；順德區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013CXY04)；廣東高校產(chǎn)學(xué)研結(jié)合示范基地及科技成果轉(zhuǎn)化重大項(xiàng)目(cgzhzd1007)

王玉海，講師，Email:wangyuhai211@aliyun.com.

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1000-5463(2015)05-0050-08