无卤复配阻燃剂在天然橡胶胶料中的应用
发布时间：
2022-03-22 10:13
来源：
无卤复配阻燃剂在天然橡胶胶料中的应用
氢氧化镁是一种新型填充型阻燃剂，通过受热分解释放出的结合水而吸收大量潜热，降低其 所填充的聚合物材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解及对所产生的可燃气体进行冷却的作用。氢氧化镁分解生成的氧化镁和水也是良好的阻燃物，能帮助提高聚合物的耐火性能，同时水分蒸发形成水蒸气也有很好的抑烟作用。因此，氢氧化镁是橡塑行业中公认的具有阻燃、抑烟、填充三重功能的优秀阻燃剂。氢氧化镁与同类无机阻燃剂相比具有更好的抑烟效果。
但单独使用氢氧化镁需要较大填充量才能达到阻燃效果，阻燃效率较低，且对聚合物材料性能影响较大，而将氢氧化镁与磷系、氮系和硅系等 其他无卤阻燃剂以适当比例配合而制成复配阻燃剂，各组分之间具有协同阻燃作用，阻燃效率明显 提高。复配阻燃剂各组分之间的协同作用不仅可以提高阻燃效率，而且复配阻燃剂与聚合物的相容性得到较大改善。
氢氧化镁外层表面具有大量的羟基，采用铝酸酯偶联剂对其进行表面修饰、改性，金属性质偶 联剂与氢氧化镁之间有更好的结合性，可使其与天然橡胶（NR）具有更好的相容性。本工作采用铝酸酯偶联剂对氢氧化镁进行表面改性，并将改性氢氧化镁分别与氢氧化铝、三氧化二锑以及磷系、氮系、硅系阻燃剂等进行复配，研究无卤复配阻燃剂对NR胶料硫化特性、物理性能和燃烧性能的影响及其在NR中的分散性。
配方
| A | 未改性氢氧化镁阻燃剂 |
| B | 改性氢氧化镁阻燃剂 |
| C | 氢氧化镁/氢氧化铝 |
| D | 改性氢氧化镁/三氧化二锑 |
| E | 改性氢氧化镁/TPP/TPPFR |
| F | 改性氢氧化镁/TPP/微晶纤维素 |
| G | 改性氢氧化镁/APP/MEL |
| H |
改性氢氧化镁/有机硅酮粉 |
与填充未改性氢氧化镁的NR胶料相比，填充改性氢氧化镁以及复配阻燃剂的NR胶料t10均明显延长，配方H胶料的t10延长最为明显，说明胶料的加工安全性变好；配方B和H胶料的t90明显延长，其生产效率降低，配方E和F胶料的t90明显缩短，其生产效率提高；配方G胶料的硫化特性与配方A胶料最为接近；填充改性氢氧化镁以 及复配阻燃剂的NR胶料的Fmax－FL均增大，表明 其交联程度增大。总之，胶料加工安全性由好到差的配方顺序为H，C，D，F，E，B，G，A，生产效率由高到低的配方顺序为E，F，D，A，G，C，H，B。
配方A，B，C，D，E，F，G和H硫化胶的邵尔A型硬度分别为68，55，58，54，50，50，67和56度。由此可知，配方A和G硫化胶的邵尔A型硬度较高，配方E和F硫化胶的邵尔A型硬度较低。分析认为，偶联剂与氢氧化镁表面结合后，改善了其表面相容 性，改性氢氧化镁在NR中的分散程度更好，因此改性氢氧化镁具有一定的增韧作用。胶料的邵尔A型硬度由高到低的配方顺序为A，G，C，H，B，D， E，F。
配方A硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率最低，这与未改性氢氧化镁与NR相容性较差有关；填充改性氢氧化镁和复配阻燃剂的NR硫化胶拉伸强度提高，配方E硫化胶的拉伸强度最高，达到20. 7 MPa，比配方A硫化胶的拉伸强度提高48. 9%，这是由于改性氢氧化镁和复配阻燃剂与NR的相容性有所提升；填充改性氢氧化镁和复配阻燃剂的NR硫化胶的拉断伸长率增大，配方E硫化胶的拉断伸长率最大。
配方A，B，C，D，E，F，G和H硫化胶的垂直燃烧等级分别为：无，无，FV-1，FV-2，FV-1，FV-2， FV-0和FV-2。对硫化胶施加两次10s的火焰点燃，结果表明：配方A和B硫化胶都无法在60s内自行熄灭，配方D，F和H硫化胶可以在60s内停止燃 烧，燃烧时有黑烟和黑色滴落物；配方C和E硫化胶可以在60 s内缓慢停止燃烧，且没有可燃物滴落；配方G硫化胶可以在30s内自行熄灭，且燃烧时无黑烟和可燃物滴落，协同阻燃效果最好。
配方A硫化胶中氢氧化镁分布最不均匀，氢氧化镁粒子团聚比较严重，其与NR的相容性较差；配方B硫化胶中改性氢氧化镁分 散比较均匀，其与NR的相容性改善；配方C硫化胶中改性氢氧化镁/氢氧化铝复配阻燃剂分散比较均匀，与NR的相容性较好；配方D和E硫化胶中复配阻燃剂分散比较均匀，但存在团聚现象，改性氢氧化镁/三氧化二锑复配阻燃剂和改性氢氧化镁/TPP/TPPFR复配阻燃剂与NR的相容性一般；配方G硫化胶中改性氢氧化镁/APP/MEL复配阻燃剂分散比较均匀，其与NR的相容性良好。
利用铝酸酯偶联剂对氢氧化镁进行表面改性，减少氢氧化镁表面的亲水羟基，改善氢氧化镁与NR的相容性。将改性氢氧化镁分别与氢氧化铝、三氧化二锑以及磷系、氮系、硅系等阻燃剂进 行复配，并将复配阻燃剂应用于NR胶料中。结果 表明，与填充未改性氢氧化镁的NR胶料相比，填充改性氢氧化镁以及复配阻燃剂的NR胶料t10均明显 延长，交联程度增大，硫化胶的拉伸强度和拉断伸 长率提高；填充改性氢氧化镁/APP/MEL复配阻 燃剂的NR硫化胶阻燃性能最好，填充氢氧化镁和改性氢氧化镁的NR硫化胶阻燃性能较差；改性氢氧化镁/APP/MEL复配阻燃剂在NR硫化胶中分散均匀，其与NR具有良好的相容性。
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