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 文獻綜述

低煙無鹵阻燃材料在生活中的應用越來越廣泛，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逐漸替代傳統的阻燃材料。高分子材料基本都屬于易燃材料，在很多應用中需要加入大量阻燃劑來提高其阻燃性能。近些年來，對環境友好、阻燃性強的無機阻燃劑氫氧化鋁和氫氧化鎂逐漸替代含磷含鹵的阻燃劑，由于無機阻燃劑分子間極性較大及分子間氫鍵的的影響，極易團聚，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，對材料的機械性能有嚴重的影響[1,2]。

解決這一問題的關鍵在于無機阻燃劑與高聚物混合前對其表面進行改性，改善表面的物理化學性質，增加與高聚物的相容性。由于EVA 具有良好的機械性能、填料相容性，故選用EVA作為基體，來研究經硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、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。

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

2 實驗部分

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：（單一硅烷偶聯劑處理，2000目，鵬豐鋁業）；

氫氧化鋁:（多種偶聯劑處理，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:（未經處理，2000 目）；

硬脂酸(SA) (工業品，合肥榮光化工)；

其他助劑等。

2.2 主要設備及儀器

萬能制樣機（美特斯工業系統（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（東莞中力儀器科技有限公司）；

YH-8820ULD 垂直燃燒測定儀（中國檢驗認證集團廣東有限公司）；

HC-2 極限氧指數測定儀(上海精密儀器儀表有限公司)；

MTS Exceed E43 電子萬能試驗機(美特斯工業系統（中國）有限公司）；

GHX-250 高溫老化試驗箱（南京環科試驗設備有限公司）；

低溫催化沖擊試驗儀。

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%，先在轉矩流變儀上添加EVA，待EVA 完全處于熔融狀態之后，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壓制成2mm的和3mm 的樣品（壓片溫度125℃，壓力14.5MPa,預壓時間8min,加壓時間10min）,之后用沖刀裁成測試用的標準樣條。將氫氧化鋁：（鈦酸酯偶聯劑處理）為1#，氫氧化鋁:（硅烷偶聯劑處理）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:（未經處理）為5#。

2.4 性能測試

極限氧指數測試：按GB/T 2406-2009 進行測試，樣品尺寸為70mm×6.5mm×3mm,每個樣品測試5 個平行樣；

垂直燃燒試驗：按GB/T 2408-2008 進行測試，樣品尺寸為130mm×13mm×3mm，每個樣品測試5 個平行樣；

力學性能測試：按照GB/T 1040-2006 進行制樣，樣品尺寸為115mm×25mm×1mm，拉伸速度取25mm/min，每個樣品測試5 個平行樣；

耐環境應力開裂試驗：測試按照GB/T 2951.41-2008 進行，樣品尺寸為38mm×13mm×3mm，每個樣品測試10 個平行樣；

低溫催化沖擊試驗：按照GB/T 5470-2008 進行。

3 結果與討論

3.1 阻燃性能

從表1 中看出,阻燃性能排序為：2#>1#>4#>3#>5#，說明經過處理的氫氧化鋁與偶聯劑形成了化學鍵的數量。明顯是多種硅烷偶聯劑>單一硅烷偶聯劑>多種表面活性劑>單一表面活性劑。因為這種化學鍵能無機物和無機物緊密結合，使其在有機物中分散更均勻，對材料的阻燃性產生了協同作用。

3.2 機械性能

從表2 結果能看出，1#、2#綜合力學性能數據和老化后的數據均優于3#、4#、5#，同時3#、4#優于5#，說明經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，經過偶聯劑處理的氫氧化鋁分散度明顯優于表面活性劑的。

表1 極限氧指數和垂直燃燒的測試結果

表2 拉伸強度、斷裂伸長率和熱老化變化率測試結果

3.3 耐環境應力開裂

從表3 看出，沒有改性的5#樣品沒有通過耐環境應力開裂96h，在-25℃下脆化沖擊也有斷裂的存在，說明經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合，提高了其相容性。

表3 耐環境應力開裂性能

4 結論

1）經過硅烷偶聯劑改性復配的氫氧化鋁表現，明顯優于單一硅烷偶聯劑的表現，可能是兩者的協同作用起到了1+1＞2 的結果，在有這么多偶聯劑可以選擇的情況下，可以進一步探討更有的配比和選擇。

2）由于市場改性市場量，大約硅烷偶聯劑和表面活性劑各占50%[3]，硅烷偶聯劑是用量少，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物和有機物之間的界面壁壘，提高兩者的親和性和粘結力，表現出了良好的力學性能和阻燃性能。

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合材料，是不是可以考慮復配處理過的氫氧化鋁和氫氧化鎂來進一步提高其性能，需要做進一步改性。