在热塑性塑料中加入大量填料,同时保持成品的流动性、物理和机械性能 — 这对任何化合物制造商来说都是一种固有的挑战。
这个问题对于生产比较新的材料 –– 电缆护套无卤阻燃化合物的制造商来说尤其具有现实意义,其结合阻燃性与机械性能的高要求,尤其是弹性。
他们使用无机金属氢氧化物作为填料,其颗粒形状并非球形,这大大降低材料的弹性。
此外,任何填料所含的杂质都会加快材料的 “老化” –– 所以,化合物中的填料量越多,”老化 ” 的速度就越快。
应对上述挑战的办法之一就是使用表面改性的填料,或者换句话说,使用表面处理的填料。
使用有机剂进行预处理 (尤其对天然填料),可使其表面 “失去”原有特性, 亦即:
- 减少吸湿性;
- 抑制杂质与化合物基质的相互作用;
- 改善填料与化合物的兼容性;
- 改善填料颗粒与化合物基质的分布均匀性。
硬脂酸与其衍生物以及有机官能硅烷是最广泛使用的表面处理剂。
硬脂酸能以低成本提供良好的填料与化合物兼容性,而硅烷,取决于有机官能团,可提供更多的特性,譬如可以同时与化合物进行过氧化物交联或辐射交联。
一般来说,每种添加剂的特点和优势都是众所周知的,因此本研究论文的目的是探讨使用不同性质添加剂组合的优势。
所有的添加剂都在以合成氢氧化铝(以下简称 ATH)为最初开发模型的配方(表 1)中进行了测试,并替换了一半的用量。
配方 | 标准 | |
成分 | 商标 | phr |
EVA28 MFI=3 | Escorene UL00328 | 70 |
mLLDPE d=0,918 MFI=3,5 | Exceed 3518 | 20 |
LLDPE-g-MAH | Fusabond E226 | 10 |
硅浓缩 | Silmaprocess AL1142A | 3 |
稳定剂浓缩 | Silmastab AE1527E | 0.5 |
沉淀氢氧化铝 | Apyral 40CD | 160 |
总数 | 263.5 |
表 1. 无卤护套料的示范配方
第一步,我们研究了替换50%ATH时,用硬脂酸对EcoPiren 3.5进行不同程度表面处理所产生的效果(表 2)。
应用硬脂酸处理可提高化合物的流动性和弹性10-15%。
1%以上的表面处理程度并不会改善物理和机械性能,只会影响化合物的流动性。
虽然硬脂酸的效果很明显(与未处理的配方相比伸长率增加8-10%),但是仍无法接近参考配方的性能水平。
因此,下一步我们研究了其他性质化合物组合的行为:
– 乙烯基三乙氧基硅烷 “Dynasilan VTEO”
– 低聚物乙烯基硅烷 “Dynasilan 6498”
– 环氧硅烷 Dynasilan GLYMO
– 氨基硅烷 Dynasilan AMEO
– 脂肪族醚 “Pevalen” 芳香族醚 “Esterex TM1111”
– 四丙烯基琥珀酸酐 (英文Tetrapropenylsuccinic acid anhydride “)”TPSA”
我们使用初步获得的混合物进行处理 (按 1:1 的比例)。表 3 列出获得的结果。
与硬脂酸相比,所有试验过的混合物都显示出了更高的拉伸强度。
使用 TPSA 和 VTEO 的混合(FT40、FT45)处理显示出了最好的效果。使用这种混合提高了伸长率达 15-20%,而拉伸强度却没有显著的性能损失。
使用这些成分的三重组合能获得额外的优势吗?
这一点在下一步进行了测试。各成分也被按 1:1:1:1 的比例预混合,而不相容的系统没有参加测试。表 4 列出获得的结果。
没有三元混合物的性能优于二元混合物,尽管上一步的最佳成分 Pripol-VTEO-GLYMO 混合在一起也能达到类似的水平。
因此,表面处理可以明显提高天然氢氧化镁的效力,并获得额外的功能特性。
但不得不说,并不是所有矿物阻燃剂的问题都能通过表面处理来解决。
配方 | 标准 | FC 35 | FT 35 | FT 20 | FC 34 | FC 38 |
基础氢氧化镁 | — | EcoPiren 3.5 | EcoPiren 3.5 | EcoPiren 3.5 | EcoPiren 3.5 | EcoPiren 3.5 |
表面处理 | — | 无 | 硬脂酸 | 硬脂酸 | 硬脂酸 | 硬脂酸 |
处理程度,% | — | — | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
特性 | ||||||
23°C密度 | 1.497 | 1.496 | 1.489 | 1.481 | 1.485 | 1.500 |
熔体流动指数 – – 21.6kg @ 190°C | 13 | 4 | 5 | 6 | 7 | 12 |
氧指数, %O2 | 36 | 34 | 34 | 34 | 34 | 34 |
拉伸强度,兆帕 (MPa) | 13 | 13 | 12 | 11 | 9 | 8 |
断裂伸长率,% | 180 | 135 | 140 | 146 | 139 | 144 |
表 2. 化合物特性与”EcoPiren 3.5″硬脂酸处理程度。
配方 | 标准 | FT31 | FT32 | FT33 | FT34 | FT28 | FT30 | FT27 | FT29 | FT40 | FT45 |
EcoPiren处理程度, % | — | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.2 |
成分 1 | — | Pevalen | Pevalen | TM111 | TM111 | GLYMO | AMEO | Pripol | Pripol | TPSA | TPSA |
成分2 | — | VTEO | 6498 | VTEO | 6498 | VTEO | VTEO | GLYMO | VTEO | VTEO | VTEO |
特性 | Apyral | FT31 | FT32 | FT33 | FT34 | FT28 | FT30 | FT27 | FT29 | FT40 | FT45 |
23°C密度 | 1.497 | 1.49 | 1.488 | 1.491 | 1.488 | 1.484 | 1.48 | 1.484 | 1.486 | 1.482 | 1.485 |
熔体流动指数 – – 21.6kg @ 190°C | 13 | 4.1 | 6.2 | 5.2 | 7.8 | 6.1 | 6.3 | 8.1 | 7.6 | 5.6 | 8.2 |
拉伸强度,兆帕 (MPa) | 13 | 12.2 | 11.5 | 12.4 | 11.7 | 12 | 11.7 | 11.8 | 12.2 | 11.5 | 12.5 |
断裂伸长率,% | 180 | 131 | 138 | 125 | 142 | 132 | 139 | 153 | 147 | 162 | 157 |
表 3. 测试结果:二元混合物处理的含有“EcoPiren 3.5“的化合物。
配方 | 标准 | FT23 | FT24 | FT25 | FT26 |
EcoPiren处理程度, % | — | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
成分1 | — | Pripol | Pripol | Tego 6879 | Pripol |
成分2 | — | AMEO | VTEO | GLYMO | VTEO |
成分3 | — | Tego 6879 | GLYMO | Pripol | GLYMO |
特性 | Apyral | FT23 | FT24 | FT25 | FT26 |
23°C密度 | 1.497 | 1.487 | 1.482 | 1.488 | 1.483 |
熔体流动指数 – – 21.6kg @ 190°C | 13 | 6.9 | 5.8 | 6.2 | 3.4 |
拉伸强度,兆帕 (MPa) | 13 | 11.3 | 11.2 | 10.9 | 11.2 |
断裂伸长率,% | 180 | 145 | 154 | 139 | 147 |
表 4. 测试结果:三元混合物处理的含有“EcoPiren 3.5“的化合物。