疏水硼酸鋅與氫氧化鎂協(xié)同阻燃EVA的性能研究

乙烯-醋酸乙烯共聚物（Ethylene-Vinyl Acetate, EVA）因其良好的柔韌性、加工性能和粘結(jié)性，在多個行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。然而，EVA的易燃性限制了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。為了提高EVA的阻燃性能，通常會添加阻燃劑。疏水硼酸鋅（Zinc Borate）和氫氧化鎂（Magnesium Hydroxide, Mg(OH)?）是兩種常用的無鹵阻燃劑，它們具有良好的阻燃效果和環(huán)境友好性。通過協(xié)同作用，這兩種阻燃劑可以進一步提高EVA的阻燃性能。本文將探討疏水硼酸鋅與氫氧化鎂協(xié)同阻燃EVA的性能研究，并分析其阻燃機理和實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

EVA材料在塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但由于其易燃性，需要添加阻燃劑來提高其安全性。傳統(tǒng)的鹵系阻燃劑雖然阻燃效果顯著，但燃燒時會產(chǎn)生有毒氣體和煙霧，對環(huán)境和人體健康造成危害。因此，開發(fā)無鹵阻燃劑成為研究的重點。疏水硼酸鋅和氫氧化鎂作為無鹵阻燃劑，因其阻燃效果好、無毒、無煙、無腐蝕性等優(yōu)點，受到了越來越多的關(guān)注。

阻燃機理

1. 氫氧化鎂的阻燃機理
• 吸熱作用：氫氧化鎂在高溫下分解生成水蒸氣和氧化鎂（MgO），這個過程吸熱，降低了材料的溫度，從而抑制燃燒。 Mg(OH)2→MgO+H2OMg(OH)2→MgO+H2O
• 覆蓋作用：生成的MgO能夠在材料表面形成一層保護膜，阻止氧氣和熱量的傳遞，進一步抑制燃燒。
2. 疏水硼酸鋅的阻燃機理
• 成炭作用：硼酸鋅在高溫下可以促進材料表面形成炭層，這層炭層能夠隔離氧氣，抑制燃燒。 ZnB3O6+H2O→B2O3+ZnO+H2OZnB3O6+H2O→B2O3+ZnO+H2O
• 稀釋作用：硼酸鋅的存在可以稀釋可燃物，減少燃燒的可能性。
3. 協(xié)同阻燃機理
• 氫氧化鎂和疏水硼酸鋅的協(xié)同作用可以進一步提高EVA的阻燃性能。氫氧化鎂的吸熱作用和覆蓋作用與疏水硼酸鋅的成炭作用相結(jié)合，可以有效地抑制燃燒過程中的熱量傳遞和氧氣供應(yīng)。
• 此外，疏水硼酸鋅的添加可以改善氫氧化鎂在EVA基體中的分散性，提高阻燃劑的整體效率。

實驗方法

1. 材料準(zhǔn)備
• EVA基體材料：作為基礎(chǔ)材料。
• 氫氧化鎂（Mg(OH)?）：作為阻燃劑。
• 疏水硼酸鋅（ZnB?O?）：作為協(xié)同阻燃劑。
• 其他添加劑：如偶聯(lián)劑、分散劑等，用于改善復(fù)合材料的性能。
2. 復(fù)合材料制備
• 將EVA、氫氧化鎂和疏水硼酸鋅按一定比例混合，通過雙螺桿擠出機進行熔融共混。
• 在擠出過程中加入偶聯(lián)劑和分散劑，通過調(diào)整擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速，使疏水硼酸鋅和氫氧化鎂均勻分散在EVA基體中。
• 將擠出的復(fù)合材料冷卻固化，通過切粒機切成顆粒備用。
3. 性能測試
• 極限氧指數(shù)（LOI）測試：通過測定復(fù)合材料的極限氧指數(shù)，評估其阻燃性能。
• 垂直燃燒測試（UL-94）：通過垂直燃燒測試評估復(fù)合材料的阻燃等級。
• 熱失重分析（TGA）：通過熱失重分析，考察復(fù)合材料在高溫下的熱穩(wěn)定性。
• 力學(xué)性能測試：通過拉伸試驗、彎曲試驗等測試復(fù)合材料的機械性能。
• 掃描電子顯微鏡（SEM）：通過SEM觀察復(fù)合材料的微觀形貌，評估疏水硼酸鋅和氫氧化鎂在EVA基體中的分散情況。

結(jié)果與討論

1. 阻燃性能
• 實驗結(jié)果顯示，通過疏水硼酸鋅與氫氧化鎂協(xié)同阻燃的EVA復(fù)合材料具有顯著的阻燃效果。極限氧指數(shù)（LOI）明顯提高，垂直燃燒測試（UL-94）等級達到V-0級別。
• 熱失重分析（TGA）顯示，復(fù)合材料在高溫下的熱穩(wěn)定性顯著提高，表明疏水硼酸鋅的協(xié)同作用有效提高了材料的整體阻燃性能。
2. 機械性能
• 力學(xué)性能測試結(jié)果顯示，疏水硼酸鋅的添加雖然對EVA基體的機械性能有一定影響，但通過優(yōu)化疏水硼酸鋅與氫氧化鎂的比例，可以顯著提高復(fù)合材料的抗沖擊性能，同時保持良好的拉伸強度和彎曲模量。
3. 微觀形貌
• SEM觀察結(jié)果顯示，疏水硼酸鋅與氫氧化鎂在EVA基體中的分散性較好，疏水硼酸鋅的添加促進了氫氧化鎂的均勻分散，減少了團聚現(xiàn)象。

工藝優(yōu)化

1. 疏水硼酸鋅與氫氧化鎂的比例
• 通過調(diào)整疏水硼酸鋅與氫氧化鎂的比例，可以優(yōu)化復(fù)合材料的阻燃性能。最佳比例通常需要通過實驗確定。
• 適當(dāng)?shù)谋壤梢蕴岣咦枞夹Ч?，同時減少對機械性能的影響。
2. 偶聯(lián)劑和分散劑的使用
• 偶聯(lián)劑和分散劑的使用可以進一步改善疏水硼酸鋅與氫氧化鎂在EVA基體中的分散性，提高復(fù)合材料的綜合性能。
• 通過優(yōu)化偶聯(lián)劑和分散劑的添加量，可以進一步提高復(fù)合材料的阻燃效果和機械性能。
3. 擠出條件
• 擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對復(fù)合材料的分散性和力學(xué)性能有重要影響。適當(dāng)?shù)臄D出條件可以提高疏水硼酸鋅與氫氧化鎂在EVA基體中的分散性，從而提高阻燃效果。
4. 其他添加劑
• 其他添加劑（如增塑劑、穩(wěn)定劑等）的使用可以進一步改善復(fù)合材料的性能，提高其綜合性能。

通過疏水硼酸鋅與氫氧化鎂協(xié)同阻燃EVA，可以顯著提高復(fù)合材料的阻燃性能和機械性能。通過優(yōu)化疏水硼酸鋅與氫氧化鎂的比例、偶聯(lián)劑和分散劑的添加量以及擠出條件等工藝條件，可以制備出具有優(yōu)異阻燃性能和良好機械性能的復(fù)合材料。這一研究為提高EVA材料的安全性和應(yīng)用范圍提供了新的思路和技術(shù)支持。