不同表面改性劑處理氫氧化鋁對乙烯-醋酸乙烯共聚物材料性能的影響

張根浩

（南京特恩馳（光纖有限公司），江蘇 南京 210000）

1 文獻(xiàn)綜述

低煙無鹵阻燃材料在生活中的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在重要的公共場所和民用建筑，低煙無鹵阻燃材料已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)的阻燃材料。高分子材料基本都屬于易燃材料，在很多應(yīng)用中需要加入大量阻燃劑來提高其阻燃性能。近些年來，對環(huán)境友好、阻燃性強(qiáng)的無機(jī)阻燃劑氫氧化鋁和氫氧化鎂逐漸替代含磷含鹵的阻燃劑，由于無機(jī)阻燃劑分子間極性較大及分子間氫鍵的的影響，極易團(tuán)聚，是一種低效的阻燃劑，需要大量添加才能滿足對材料的的阻燃要求，對材料的機(jī)械性能有嚴(yán)重的影響[1,2]。

解決這一問題的關(guān)鍵在于無機(jī)阻燃劑與高聚物混合前對其表面進(jìn)行改性，改善表面的物理化學(xué)性質(zhì)，增加與高聚物的相容性。由于EVA 具有良好的機(jī)械性能、填料相容性，故選用EVA作為基體，來研究經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和含磷化合物4 種表面改性劑處理過的氫氧化鋁在相同的比例添加下對其材料性能的影響。

本文將制備出的復(fù)合材料，采用極限氧指數(shù)測試、垂直燃燒試驗(yàn)、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、老化前后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的變化率進(jìn)行了表征分析，考查其對材料的機(jī)械物理性能、阻燃性能和使用壽命的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要原料

VA：EVA 265 (陶氏杜邦)；

POE: POE 8150(美國陶氏)；

馬來酸酐接枝PE；

氫氧化鋁：（單一硅烷偶聯(lián)劑處理，2000目，鵬豐鋁業(yè)）；

氫氧化鋁:（多種偶聯(lián)劑處理，2000 目）；

氫氧化鋁:（單一陰離子表面活性劑處理，2000 目）；

氫氧化鋁:（2 種離子表面活性劑處理，2000目）；

氫氧化鋁:（未經(jīng)處理，2000 目）；

硬脂酸(SA) (工業(yè)品，合肥榮光化工)；

其他助劑等。

2.2 主要設(shè)備及儀器

萬能制樣機(jī)（美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司）；

平板硫化儀（東莞市寶品精密儀器有限公司）；

雙輥開煉機(jī)（東莞中力儀器科技有限公司）；

YH-8820ULD 垂直燃燒測定儀（中國檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廣東有限公司）；

HC-2 極限氧指數(shù)測定儀(上海精密儀器儀表有限公司)；

MTS Exceed E43 電子萬能試驗(yàn)機(jī)(美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司）；

GHX-250 高溫老化試驗(yàn)箱（南京環(huán)科試驗(yàn)設(shè)備有限公司）；

低溫催化沖擊試驗(yàn)儀。

2.3 樣品制備

將氫氧化鋁在80℃干燥6h,EVA 在50℃下干燥8h,按照EVA、POE、馬來酸酐接枝共混物46%，氫氧化鋁53%，其它助劑1%，先在轉(zhuǎn)矩流變儀上添加EVA，待EVA 完全處于熔融狀態(tài)之后，分批次加入氫氧化鋁粉末，最后加入其它助劑，共混5~7min，將混合好的材料取出，放入雙輥開煉機(jī)上開練，在90℃共混20min 后出料，然后將混合好的物料用平板硫化機(jī)壓制成2mm的和3mm 的樣品（壓片溫度125℃，壓力14.5MPa,預(yù)壓時(shí)間8min,加壓時(shí)間10min）,之后用沖刀裁成測試用的標(biāo)準(zhǔn)樣條。將氫氧化鋁：（鈦酸酯偶聯(lián)劑處理）為1#，氫氧化鋁:（硅烷偶聯(lián)劑處理）為2#，氫氧化鋁:（陰離子表面活性劑處理）為3#，氫氧化鋁:（2 種陰離子混合表面活性劑處理）為4#，氫氧化鋁:（未經(jīng)處理）為5#。

2.4 性能測試

極限氧指數(shù)測試：按GB/T 2406-2009 進(jìn)行測試，樣品尺寸為70mm×6.5mm×3mm,每個(gè)樣品測試5 個(gè)平行樣；

垂直燃燒試驗(yàn)：按GB/T 2408-2008 進(jìn)行測試，樣品尺寸為130mm×13mm×3mm，每個(gè)樣品測試5 個(gè)平行樣；

力學(xué)性能測試：按照GB/T 1040-2006 進(jìn)行制樣，樣品尺寸為115mm×25mm×1mm，拉伸速度取25mm/min，每個(gè)樣品測試5 個(gè)平行樣；

耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)：測試按照GB/T 2951.41-2008 進(jìn)行，樣品尺寸為38mm×13mm×3mm，每個(gè)樣品測試10 個(gè)平行樣；

低溫催化沖擊試驗(yàn)：按照GB/T 5470-2008 進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 阻燃性能

從表1 中看出,阻燃性能排序?yàn)椋?#>1#>4#>3#>5#，說明經(jīng)過處理的氫氧化鋁與偶聯(lián)劑形成了化學(xué)鍵的數(shù)量。明顯是多種硅烷偶聯(lián)劑>單一硅烷偶聯(lián)劑>多種表面活性劑>單一表面活性劑。因?yàn)檫@種化學(xué)鍵能無機(jī)物和無機(jī)物緊密結(jié)合，使其在有機(jī)物中分散更均勻，對材料的阻燃性產(chǎn)生了協(xié)同作用。

3.2 機(jī)械性能

從表2 結(jié)果能看出，1#、2#綜合力學(xué)性能數(shù)據(jù)和老化后的數(shù)據(jù)均優(yōu)于3#、4#、5#，同時(shí)3#、4#優(yōu)于5#，說明經(jīng)過處理過的氫氧化鋁能解決離子與聚合物間兼容性的問題，有利于提高材料的物理性能。表面改性改善了粉體在聚合物中分散度，在顯微鏡下也能看到，經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的氫氧化鋁分散度明顯優(yōu)于表面活性劑的。

表1 極限氧指數(shù)和垂直燃燒的測試結(jié)果

表2 拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和熱老化變化率測試結(jié)果

3.3 耐環(huán)境應(yīng)力開裂

從表3 看出，沒有改性的5#樣品沒有通過耐環(huán)境應(yīng)力開裂96h，在-25℃下脆化沖擊也有斷裂的存在，說明經(jīng)過改性之后對材料高低溫性能有明顯改善。這主要是形成了分子間的物理纏繞，從而是差異大的材料緊密結(jié)合，提高了其相容性。

表3 耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能

4 結(jié)論

1）經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性復(fù)配的氫氧化鋁表現(xiàn)，明顯優(yōu)于單一硅烷偶聯(lián)劑的表現(xiàn)，可能是兩者的協(xié)同作用起到了1+1＞2 的結(jié)果，在有這么多偶聯(lián)劑可以選擇的情況下，可以進(jìn)一步探討更有的配比和選擇。

2）由于市場改性市場量，大約硅烷偶聯(lián)劑和表面活性劑各占50%[3]，硅烷偶聯(lián)劑是用量少，效果好，但是成本很高，而表面活性劑則剛好相反。在多種表面活性劑多種共用改性的情況下，可以看到也能明顯改善無機(jī)物和有機(jī)物之間的界面壁壘，提高兩者的親和性和粘結(jié)力，表現(xiàn)出了良好的力學(xué)性能和阻燃性能。

3）使用改性的氫氧化鋁可以獲得綜合性能更好的低煙無鹵阻燃聚烯烴復(fù)合材料，是不是可以考慮復(fù)配處理過的氫氧化鋁和氫氧化鎂來進(jìn)一步提高其性能，需要做進(jìn)一步改性。