氫氧化鋁[Al（OH）3]作為一種安全又環(huán)保的新型阻燃劑，添加一定量時方能發(fā)揮阻燃作用，但因其表面含有較高親水性和極性，在聚合物材料基體中的分散度和相容性不佳（易產(chǎn)生聚集），從而導(dǎo)致制品的原有功能下降甚至失效，嚴(yán)重限制了其作為阻燃劑的應(yīng)用范圍。本文選用表面改性的方法，直接采用硅烷偶聯(lián)劑與氫氧化鋁粒子表面的羥基反應(yīng)，改善氫氧化鋁粒子在硅酮密封膠體系中的分散性；然后將其與三聚氰胺（MA）復(fù)配，研究協(xié)同阻燃劑對硅酮密封膠性能的影響；基于協(xié)同阻燃作用，探索降低阻燃劑總添加量，硅酮密封膠仍能保持V-0級阻燃且伸長率提升的可行性。1、實驗部分硅酮密封膠的基礎(chǔ)配方硅酮密封膠的基礎(chǔ)配方為：100份107膠（黏度為50000mPa·s），25份硅油（黏度為350mPa·s），2份氣相法白炭黑，20份三甲基丁酮肟硅烷，1份氨丙基三乙氧基硅烷，0.3份二月桂酸二丁基錫，一定份數(shù)的阻燃劑（阻燃劑為變量）。將107膠、二甲基硅油、填料和阻燃劑加入到捏合機(jī)中，加熱抽真空脫水制得基料；將上述基料冷卻至常溫后計量加入到行星攪拌機(jī)中，按比例先后加入交聯(lián)劑、氣相法白炭黑、偶聯(lián)劑和有機(jī)錫，真空條件下攪拌至混合均勻，出料；裝入300mL包裝塑料瓶中，室溫下放置24h后檢測其性能。Al（OH）3表面改性將30g

Al（OH）3和300g無水乙醇依次加入到500mL的三口燒瓶中，逐滴加入5g硅烷偶聯(lián)劑（乙烯基三甲氧基硅烷，A-171），于50℃、400r/min攪拌反應(yīng)12h，產(chǎn)物過濾后用乙醇洗3次，并在真空烘箱中80℃烘干至恒重后，研磨粉碎。按此方法制得改性Al（OH）3，命名為Si-Al（OH）3。不同阻燃劑的實驗方案將150份Al（OH）3作為阻燃劑填充到基礎(chǔ)配方中，得到的試樣命名為FS-1；將150份Si-Al（OH）3作為阻燃劑填充到基礎(chǔ)配方中，得到的試樣命名為FS-2；將120份Si-Al（OH）3作為阻燃劑填充到基礎(chǔ)配方中，得到的試樣命名為FS-3。此外，為了探討Si-Al（OH）3與MA的協(xié)同作用，將兩者復(fù)配填充到基礎(chǔ)配方中，80份Si-Al（OH）3+40份MA得到的試樣命名為FS-4；40份Si-Al（OH）3+80份MA得到的試樣命名為FS-5；20份Si-Al（OH）3+100份MA得到的試樣命名為FS-6；將120份MA作為阻燃劑填充到基礎(chǔ)配方中，得到的試樣命名為FS-7。各配方阻燃劑添加情況對比見表1。表1

阻燃劑添加方案對比2、表面改性表征對Si-Al（OH）3粉體[經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后的Al（OH）3粉體]進(jìn)行紅外測試和熱失重分析，紅外譜圖見圖1，熱失重譜圖見圖2。圖1

Si-Al（OH）3紅外譜圖

圖2

Si-Al（OH）3熱失重譜圖從圖1可以看到，Si-Al（OH）3在562cm-1、796cm-1、1047cm-1、3454cm-1、3525cm-1處均出現(xiàn)了紅外吸收峰，對應(yīng)Al（OH）3的特征峰，認(rèn)為Al（OH）3的主體分子結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞；在1114cm-1處出現(xiàn)紅外吸收峰，這是Si—O鍵的特征峰，表明硅烷偶聯(lián)劑與Al（OH）3的表面羥基發(fā)生了反應(yīng)，成功嵌入到無機(jī)粒子表面，表面改性成功。

從圖2可以看到，Si-Al（OH）3的初始脫水溫度為298.5°C；升溫至341.7℃時，質(zhì)量損失28.2%；升溫至900℃時，質(zhì)量損失35.5%。這一表現(xiàn)與未經(jīng)表面處理的Al（OH）3完全一致，說明表面改性沒有影響無機(jī)粒子的耐熱性能，據(jù)此可以推測Si-Al（OH）3與Al（OH）3的阻燃性能基本一致。FS-1和FS-2阻燃性能對比測試結(jié)果也驗證了這一點。

此外，比較FS-1和FS-2的外觀，可以發(fā)現(xiàn)FS-1表面有密集的小顆粒，F(xiàn)S-2表面均勻細(xì)膩。經(jīng)過改性以后，粉體與硅酮密封膠的相容性大大改善，更容易在硅酮密封膠中分散均勻，F(xiàn)S-2相對FS-1外觀得到改善。

表2

Al（OH）3粒子改性前后與硅酮膠的相容性對比

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，F(xiàn)S-2的下垂度得到大幅改善，同時擠出性略有增大。經(jīng)過表面改性的Si-Al（OH）3在硅酮密封膠中應(yīng)用，可對其理化性能起到一定的改善作用。

3、阻燃劑復(fù)配對FS-1、FS-2、FS-3、FS-4、FS-5、FS-6和FS-7同時做力學(xué)性能和阻燃性能測試，對比Al（OH）3、Si-Al（OH）3、Si-Al（OH）3與MA協(xié)同阻燃劑體系的各項性能。其中，F(xiàn)S-1添加的是未表面處理的Al（OH）3，其他試樣添加的是硅烷偶聯(lián)劑改性的Si-Al（OH）3。FS-3、FS-4、FS-5、FS-6和FS-7阻燃劑總添加量均為120份。詳細(xì)測試結(jié)果匯總于表3中。表3

不同阻燃劑體系硅酮膠的性能對比對比表3中的數(shù)據(jù)，可以看出：1）FS-1的最大強(qiáng)度為1.28MPa，拉伸強(qiáng)度最高。添加Si-Al（OH）3的FS-2與FS-1相比，最大強(qiáng)度稍有下降，為1.12MPa；伸長率有較大幅度提升，最大強(qiáng)度伸長率大幅提高到92%。經(jīng)表面改性后，極可能是因為氫氧化鋁無機(jī)粒子與硅酮密封膠的相容性得到改善，使得硅酮膠的伸長率得到提升。

2）FS-3的性能測試結(jié)果表明，當(dāng)Si-Al（OH）3的添加量為120份時，硅酮膠的阻燃級別不能達(dá)到V-0，為V-1級。說明改性前后Al（OH）3的阻燃作用沒有發(fā)生明顯變化，仍需較大填充量才能達(dá)到V-0阻燃。同時，由于Al（OH）3添加量的下降，F(xiàn)S-3的伸長率有明顯提升，可以看出Al（OH）3的添加量對硅酮密封膠的力學(xué)性能影響較大。3）FS-4采用了Si-Al（OH）3與MA復(fù)配阻燃劑，阻燃劑的添加總量與FS-3相同，為120份，其阻燃級別能夠達(dá)到V-0?？梢园l(fā)現(xiàn)Si-Al（OH）3與MA以一定比例復(fù)配，阻燃效果優(yōu)于單獨使用Si-Al（OH）3。同時，Si-Al（OH）3與MA復(fù)配使用，F(xiàn)S-4的伸長率相對FS-3又有了一定程度的提高，最大強(qiáng)度則略有下降。4）FS-3、FS-4、FS-5、FS-6和FS-7的阻燃劑總添加量均為120份，僅Si-Al（OH）3與MA比例不同，分別為120∶0、80∶40、40∶80、20∶100、0∶120。從阻燃性能來看，協(xié)同阻燃劑的阻燃效果明顯好于單一阻燃劑，且Si-Al（OH）3與MA均需維持一定用量。當(dāng)Si-Al（OH）3與MA的比值范圍在2～0.5時，硅酮膠的阻燃級別均能維持在V-0；當(dāng)Si-Al（OH）3與MA的比值超出上述比例范圍時，硅酮膠的阻燃性能受到影響。5）FS-7的性能測試結(jié)果表明，當(dāng)MA的添加量為120時，硅酮膠的阻燃級別同樣不能滿足V-0，為V-1級，單獨使用MA阻燃劑的硅酮膠阻燃性能差于采用Si-Al（OH）3與MA復(fù)配阻燃劑的硅酮膠。這與FS-3的性能測試結(jié)果一致。此外，單獨使用MA時，硅酮密封膠的力學(xué)性能較差，強(qiáng)度過低，達(dá)不到密封膠絕大多數(shù)應(yīng)用場景的使用要求。6）從FS-3、FS-4、FS-5和FS-6的力學(xué)性能結(jié)果來看，隨著氫氧化鋁用量的減少，密封膠的強(qiáng)度降低，同時伸長率明顯提升；但是，氫氧化鋁添加量低至20份時，強(qiáng)度降至0.16MPa，影響密封膠在很多場合的使用，且阻燃級別無法維持V-0。因此，需優(yōu)選氫氧化鋁比例適宜的配方體系。FS-4和FS-5的阻燃級別均為V-0，其中FS-5的最大強(qiáng)度伸長率達(dá)到198%，可以滿足大部分建筑填縫密封的應(yīng)用需求。從最大強(qiáng)度伸長率考慮，F(xiàn)S-