Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂)wird immer häufiger als umweltfreundliches anorganisches Flammschutzmittel in Polymeren wie Polypropylen, Polyethylen und Nylon eingesetzt. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung in der Kunststoffmatrix wirkt sich jedoch direkt auf die Flammschutzwirkung, die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitungsstabilität des Verbundmaterials aus. In diesem Artikel werden professionelle Lösungen zur Verbesserung der Dispergierbarkeit von Magnesiumhydroxid unter den Gesichtspunkten der Grenzflächenkompatibilität, des Agglomerationsmechanismus und der Verarbeitungskinetik systematisch untersucht.
Magnesiumhydroxidpartikel weisen eine hohe Oberflächenpolarität und starke Hydrophilie auf, sind jedoch schlecht mit hydrophoben Polymeren kompatibel und neigen aufgrund von Van-der-Waals-Kräften zur sekundären Agglomeration. Aggregate werden nicht nur zu Stressdefektstellen, sondern behindern auch die Effizienz der Freisetzung von Flammschutzgas, was zu einer Verringerung des Sauerstoffindex des Systems führt. Das Wesentliche bei der Verbesserung der Dispersion liegt darin, die Wechselwirkungsenergie zwischen Partikeln zu reduzieren, die Grenzflächenbindung zwischen Partikeln und Matrix zu verbessern und die Scherkraft bei der Verarbeitung zu nutzen, um den Zerfall und die Aggregation von Aggregaten zu erreichen.
Die Verwendung von Aminosilan (z. B. KH-550) oder Mercaptosilan zur Behandlung von Magnesiumhydroxid kann zur Bildung einer hydrophoben Schicht auf seiner Oberfläche führen. Nach der Hydrolyse von Silan kondensiert Si-OH mit Oberflächenhydroxylgruppen von Mg(OH)₂ unter Bildung kovalenter Si-O-Mg-Bindungen, wodurch die Oberflächenenergie deutlich reduziert wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Dispersionsgröße von Magnesiumhydroxid in PP von > 10 μm auf 1–2 μm reduziert werden kann, wenn die Pfropfrate 60 % übersteigt.
Fettsäuren wie Stearinsäure und Ölsäure können über Carboxylgruppen eine chemische Adsorption an der Oberfläche von Magnesiumhydroxid eingehen, und lange Kohlenstoffketten sorgen für sterische Hinderung. Eine fortschrittlichere Methode ist die Verwendung von Titan- und Aluminiumester-Haftvermittlern, deren molekulare Struktur sich gleichzeitig mit anorganischen und organischen Phasen verbinden kann und eine organische Monoschicht auf der Oberfläche der Partikel bildet, um die Schmelzfließfähigkeit zu verbessern.
Durch In-situ-Polymerisation oder Pfropfreaktion werden Polymerketten, die dem Matrixharz ähnlich oder mit diesem kompatibel sind (z. B. Polyacrylat, mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polyolefin), auf der Oberfläche von Magnesiumhydroxid eingeführt. Mit dieser Methode kann eine „flexible Grenzflächenschicht“ aufgebaut werden, um Grenzflächenspannungen zu verringern, die durch Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht werden.
Mithilfe eines gleichläufigen Doppelschneckenextruders wird durch die Kombination von Knetblöcken, Zahnscheiben und anderen Komponenten ein hochfestes Scherfeld aufgebaut. Durch die Optimierung der Schneckenkonfiguration kann das Material mehrere Zyklen der Druck-Scher-Umverteilung durchlaufen. Das Hinzufügen eines statischen Mischers vor der Form kann die Ungleichmäßigkeit der Schmelzetemperatur und der Fließgeschwindigkeit weiter beseitigen.
Fügen Sie etwas hinzuMagnesiumhydroxidaus der seitlichen Zufuhröffnung, um eine sofortige Vermischung mit dem Harz zu vermeiden, was zu einer unzureichenden Scherenergie führen kann. Durch die Verwendung eines Ultraschall-Extrusionsgeräts vom Typ Schleifscheibe und die Nutzung des Kavitationseffekts zum Aufbrechen von Aggregaten kann die Größe der dispergierten Phase um mehr als 30 % reduziert werden.
Magnesiumhydroxid beginnt sich ab 340℃ zu zersetzen, daher sollte die Verarbeitungstemperatur unter diesem Schwellenwert, aber über der vollständigen Schmelztemperatur des Harzes liegen. Für das PP-System wird empfohlen, die Zylindertemperatur in Abschnitten von 180–200–190 °C (Düsenkopf) einzustellen, um zu verhindern, dass zu hohe Temperaturen zu einer Ablösung des Oberflächenmodifikators führen.
Die Zugabe von 0,2–0,8 % Polymerdispergiermittel (z. B. Polyethylenglykol-Polypropylenglykol-Blockcopolymer) kann die Schmelzviskosität verringern und die Partikelbenetzung fördern. Hyperverzweigte Polymere weisen aufgrund ihrer sphärischen dreidimensionalen Struktur eine erhebliche sterische Hinderung auf, die eine erneute Aggregation verhindert.
Das Laden von etwas Magnesiumhydroxid auf poröses Nano-Siliziumdioxid oder Kohlenstoffnanoröhren zur Bildung einer „Kern-Schale“- oder „Seeinsel“-Struktur kann die Stapelmethode ändern und ein gleichmäßigeres Verteilungsnetzwerk in der Matrix bilden.
Bei der Compoundierung mit Synergisten wie Zinkborat und Schichtsilikaten sollte darauf geachtet werden, dass Dichte und Partikelgröße der einzelnen Komponenten aufeinander abgestimmt sind. Um eine durch Dichteunterschiede verursachte Phasentrennung zu vermeiden, sollte der Vordispersionsprozess der Mutterpartikel eingesetzt werden.
·Dispersionsquantifizierung: SEM-Bilder kombiniert mit ImageJ-Software zur Berechnung der flächengewichteten durchschnittlichen Partikelgröße; TEM-Beobachtung der Grenzflächenschichtdicke.
·Rheologische Charakterisierung: Beim dynamischen Frequenzscannen kann die Steigung des Speichermoduls (G ') im Niederfrequenzbereich die Struktur des Füllstoffnetzwerks widerspiegeln; Das Erscheinen eines einzelnen Halbkreises im Cole-Cole-Diagramm weist auf eine gute Streuung hin.
·Leistungskorrelationsanalyse: Der Limiting Oxygen Index (LOI) korreliert positiv mit der fraktalen Dimension des Zugabschnitts; Die Brenntemperatur des Heißdrahtes (GWT) steht in direktem Zusammenhang mit der Gleichmäßigkeit der Dispersion.
Verbesserung der Dispergierbarkeit vonMagnesiumhydroxidin Plastics ist ein systematisches Projekt, das die Berücksichtigung von drei Dimensionen erfordert: thermodynamische Oberflächenmodifikation, Verarbeitungsrheologiekontrolle und Formulierungs-Co-Design. Der zukünftige Trend besteht darin, reaktive multifunktionale Additive zu entwickeln, um eine gleichzeitige Oberflächenmodifizierung und Dispergierung während der Verarbeitung zu erreichen. Durch die oben genannten umfassenden Strategien können die mechanische Retentionsrate und die Flammschutzeffizienz von flammhemmenden Magnesiumhydroxid-Kunststoffen erheblich verbessert werden, wodurch die Anwendung halogenfreier flammhemmender Materialien in Hochleistungsbereichen gefördert wird.
