2004 大分子偶联剂对PE_氢氧化铝阻燃复合材料性能的影响

氢氧化铝

第18卷　第1期

2004年1月

中　国　塑　料

CHINAPLASTICS

Vol.18,No.1Jan.,2004

大分子偶联剂对PE/氢氧化铝阻燃复合

材料性能的影响

王　勇,仲含芳,韦　平,江平开

(上海交通大学化学化工学院,上海200240)

摘　要:研究了用小分子硅烷偶联剂及所合成的大分子偶联剂表面改性的氢氧化铝(ATH)对其填充的聚乙烯阻燃复合材料性能的影响,并对拉伸之后的复合材料的微观形态进行了表征。研究发现,大分子偶联剂对阻燃材料的力学性能的改善效果比小分子偶联剂要好,同时大分子偶联剂还提高了材料的热稳定性。关　键　词:大分子偶联剂;硅烷偶联剂;阻燃材料;氢氧化铝;聚乙烯中图分类号:TQ327.8

　　文献标识码:B　　文章编号:1001Ο9278(2004)01Ο0067Ο04

InfluenceofMacromolecularCouplingAgentonPropertiesof

PE/ATHCompositeWANGYong,ZHONGHan

(SchoolofChemistr2fang2kai

)

Abstract:plingagentswereusedtotreatthesurfaceofaluminumh(ATH)andtheinfluenceofthesecouplingagentsonpropertiesofPE/ATHcompositewasinvestigated.Microstructuresofthecompositeswerestudiedbymeansofscanningelectronmicroscopy(SEM).Itwasfoundthatthemacromoleculecouplingagentsimprovedthemechanicalpropertiesbetterthansilanecouintroducingamacromoleculecouhydroxide;polyethylene

plingagent.Thethermoplingagent.

2

2stabilityofthematerialswasalsoimprovedvia

Keywords:macromoleculecouplingagent;siliconecouplingagent;flameretardantmaterial;aluminum

　　氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃剂填充的聚烯烃

无卤阻燃材料近年来受到人们的广泛关注。但无机阻燃剂填充高分子材料通常会降低材料的力学性能。为了减少这种损害的程度,通常采用偶联剂对材料的表面进行改性[1]。偶联剂是在无机材料和有机材料或不同的有机材料复合体系中能通过化学作用把两者结合起来或使两者的亲和性得到改善,从而提高复合材料功能的物质[2]。偶联剂的种类很多,硅烷偶联剂是其中最重要、应用最广泛的一种[3]。最近的研究表明,大分子偶联剂的偶联效果更好[4]。

本文研究了用乙烯基三乙氧基硅烷及两种实验室合成的大分子偶联剂表面改性的氢氧化铝(ATH)对无卤阻燃材料力学性能、阻燃性能及热稳定性的影响,观

收稿日期:2003Ο11Ο01

察了材料拉伸后的侧面形貌,并分析了偶联剂的作用

机理。

1　实验

111　主要原材料

线型低密度聚乙烯(PE2LLD),熔体流动速率2g/10min,密度0.925g/cm3,沙特阿拉伯石油公司;

氢氧化铝(ATH),粒径1.2μm,比表面积为6m2/g,密度为2.6g/cm3,首立企业(香港)有限公司;

偶联剂1,乙烯基三乙氧基硅烷(A151),化学纯,天津精科精细化工研究所;

大分子偶联剂2(聚A151),自制

;

大分子偶联剂3(A151与MA的共聚物),自制。112　主要设备

转矩流变仪,HAKKERC290,德国HAKKE公司;

氢氧化铝

　　 68 大分子偶联剂对PE/氢氧化铝阻燃复合材料性能的影响

平板硫化仪,QLB2D,湖州橡胶机械厂;

电子拉力机,INSTRON4465,英国INSTRON公司;

热重分析仪,TGA7,美国PERKINELMER公司;氧指数仪,Rheometric,英国FTT公司;

扫描电子显微镜,HITACHI2S22150,日本HI2TACHI公司。113　复合材料的制备

细颈部分置于扫描电子显微镜中观察侧面形貌。

2　结果与讨论

211　偶联剂对复合材料力学性能的影响

为了研究所合成的偶联剂对复合材料力学性能的

影响及与小分子偶联剂相比偶联作用的大小,本文用A151及所合成的大分子偶联剂对ATH进行改性,考

按照实验所拟定的方案,将ATH与基体材料按一定的比例加入到Haake转矩流变仪中进行密炼,各区的温度均为165℃,转速为60r/s,时间为10min。然后将密炼所得的产物放入平板硫化仪中压片,制成厚度为1mm的薄片再冲击成哑铃形试样测试力学性能。114　性能测试

按照GB/T1040—92标准制样,拉伸试样宽度4mm,标距25mm,厚度1mm,于Instron24465测试材料的拉伸强度和断裂伸长率。测试温度为21℃,速度为150mm/min。

将复合材料及其拉伸过的试样在液氮中脆断,然后在扫描电子显微镜中观察断口的形貌特征。将拉伸

察了改性之后材料的力学性能。

图1是用三种偶联剂改性氢氧化铝对复合材料断裂伸长率的影响。由图1可以得出结论:偶联剂对复合材料力学性能的影响随着氢氧化铝填充量的增加而增大;复合材料的断裂伸长率随着大分子偶联剂的增加一直增大,而随着小分子偶联剂用量的增加先增大后减小。

图2是用三种偶联剂改性氢氧化铝对复合材料拉伸强度的影响。由图2也可以得出与图1相同的结论。在图3中偶联剂对ATH填充量为56.3%的复合材料

ATH含量:1—7.2%　2—38.9%　3—56.3%

(a)偶联剂1　(b)偶联剂2　(c)偶联剂3

图1　偶联剂改性氢氧化铝对复合材料断裂伸长率的影响

Fig.1　Influenceofcouplingagentsonelongationatbreakofthecom

posite

ATH含量:1—7.2%　2—38.9%　3—56.3%

(a)偶联剂1　(b)偶联剂2　(c)偶联剂3

图2　偶联剂改性氢氧化铝对复合材料拉伸强度的影响

Fig.2　Influenceofcouplingagentontensilestren

gthofthecom

posite

氢氧化铝

　2004年1月中　国　塑　料　 69 　

1—偶联剂1　2—偶联剂2　3—偶联剂3

均聚A151含量:1—0　2—1%　3—3%　4—5%

图3　偶联剂改性氢氧化铝对复合材料(ATH填充量56.3%)

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