不同表面改性劑處理氫氧化鋁對(duì)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(wú)鹵阻燃材料在生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其在重要的公共場(chǎng)所和民用建筑，低煙無(wú)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(lái)提高其阻燃性能。近些年來(lái)，對(duì)環(huán)境友好、阻燃性強(qiáng)的無(wú)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(wú)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(duì)材料的的阻燃要求，對(duì)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(wú)機(jī)阻燃劑與高聚物混合前對(duì)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(lái)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(yáng)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(duì)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(cè)試、垂直燃燒試驗(yàn)、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、老化前后的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的變化率進(jìn)行了表征分析，考查其對(duì)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(guó)陶氏)；

馬來(lái)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(wàn)能制樣機(jī)（美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）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(cè)定儀（中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廣東有限公司）；

HC-2 極限氧指數(shù)測(cè)定儀(上海精密儀器儀表有限公司)；

MTS Exceed E43 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）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(lái)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(cè)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(cè)試

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

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

力學(xué)性能測(cè)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(cè)試5 個(gè)平行樣；

耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)：測(cè)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(cè)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(shuō)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(wú)機(jī)物和無(wú)機(jī)物緊密結(jié)合，使其在有機(jī)物中分散更均勻，對(duì)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(shuō)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(cè)試結(jié)果

表2 拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和熱老化變化率測(cè)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(shuō)明經(jīng)過改性之后對(duì)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(chǎng)改性市場(chǎng)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(wú)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(wú)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(lái)進(jìn)一步提高其性能，需要做進(jìn)一步改性。