Magiê hydroxit (Mg(OH)₂)ngày càng được sử dụng rộng rãi như một chất chống cháy vô cơ thân thiện với môi trường trong các polyme như polypropylen, polyetylen và nylon. Tuy nhiên, độ đồng đều phân tán của nó trong nền nhựa ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả chống cháy, tính chất cơ học và độ ổn định xử lý của vật liệu composite. Bài viết này khám phá một cách có hệ thống các giải pháp chuyên nghiệp để tăng cường khả năng phân tán của magiê hydroxit từ góc độ tương thích giao diện, cơ chế kết tụ và động học xử lý.
Các hạt magie hydroxit có độ phân cực bề mặt cao và tính ưa nước mạnh, nhưng khả năng tương thích kém với các polyme kỵ nước và dễ bị kết tụ thứ cấp do lực van der Waals. Các cốt liệu không chỉ trở thành điểm khuyết tật ứng suất mà còn cản trở hiệu quả giải phóng khí chống cháy, dẫn đến giảm chỉ số oxy của hệ thống. Bản chất của việc cải thiện độ phân tán nằm ở việc giảm năng lượng tương tác giữa các hạt, tăng cường liên kết giao diện giữa các hạt và ma trận, đồng thời sử dụng lực cắt xử lý để đạt được sự phân hủy và kết tụ của các cốt liệu.
Sử dụng amino silane (như KH-550) hoặc mercanto silane để xử lý magie hydroxit có thể tạo thành lớp kỵ nước trên bề mặt của nó. Sau khi thủy phân silane, Si-OH ngưng tụ với các nhóm hydroxyl bề mặt của Mg(OH)₂ để tạo thành liên kết cộng hóa trị Si-O-Mg, làm giảm đáng kể năng lượng bề mặt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi tỷ lệ ghép vượt quá 60%, kích thước phân tán của magie hydroxit trong PP có thể giảm từ >10μm xuống còn 1-2μm.
Các axit béo như axit stearic và axit oleic có thể trải qua quá trình hấp phụ hóa học với bề mặt magie hydroxit thông qua các nhóm cacboxyl và chuỗi carbon dài tạo ra sự cản trở không gian. Một phương pháp tiên tiến hơn là sử dụng các tác nhân liên kết este titan và nhôm, có cấu trúc phân tử có thể kết hợp đồng thời với cả pha vô cơ và hữu cơ và tạo thành lớp đơn hữu cơ trên bề mặt hạt để cải thiện khả năng chảy tan chảy.
Bằng phản ứng trùng hợp hoặc ghép tại chỗ, các chuỗi polyme tương tự hoặc tương thích với nhựa nền (như polyacrylate, polyolefin ghép maleic anhydrit) được đưa vào bề mặt magie hydroxit. Phương pháp này có thể xây dựng một "lớp giao diện linh hoạt" để giảm bớt ứng suất giao diện gây ra bởi sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt.
Sử dụng máy đùn trục vít đôi quay đồng trục, trường cắt cường độ cao được tạo ra bằng cách kết hợp các khối nhào, đĩa răng và các bộ phận khác. Tối ưu hóa cấu hình trục vít cho phép vật liệu trải qua nhiều chu kỳ phân phối lại lực cắt nén. Thêm một máy trộn tĩnh trước khuôn có thể loại bỏ thêm sự không đồng đều về nhiệt độ nóng chảy và tốc độ dòng chảy.
Thêm một sốmagie hydroxittừ cổng cấp liệu bên cạnh để tránh trộn lẫn với nhựa cùng một lúc, điều này có thể dẫn đến năng lượng cắt không đủ. Bằng cách sử dụng thiết bị ép đùn siêu âm loại đĩa mài và tận dụng hiệu ứng xâm thực để phá vỡ các cốt liệu, kích thước của pha phân tán có thể giảm hơn 30%.
Magiê hydroxit bắt đầu phân hủy trên 340oC, do đó nhiệt độ xử lý phải ở dưới ngưỡng này nhưng cao hơn nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn của nhựa. Đối với hệ thống PP, nên đặt nhiệt độ thùng ở các phần 180-200-190oC (đầu khuôn) để tránh nhiệt độ quá cao gây ra hiện tượng bong tróc chất biến tính bề mặt.
Thêm chất phân tán polymer 0,2-0,8% (chẳng hạn như chất đồng trùng hợp khối polyethylen glycol polypropylen glycol) có thể làm giảm độ nhớt nóng chảy và thúc đẩy quá trình làm ướt hạt. Các polyme siêu phân nhánh thể hiện sự cản trở không gian đáng kể do cấu trúc ba chiều hình cầu của chúng, ngăn chặn sự kết tụ lại.
Việc nạp một ít magie hydroxit lên các ống nano silic hoặc carbon xốp xốp để tạo thành cấu trúc "lõi-vỏ" hoặc "đảo biển" có thể thay đổi phương pháp xếp chồng của nó và tạo thành mạng lưới phân bố đồng đều hơn trong ma trận.
Khi kết hợp với các chất hiệp đồng như kẽm borat và silicat phân lớp, cần chú ý đến mật độ và kích thước hạt của từng thành phần phù hợp. Quá trình phân tán trước hạt mẹ nên được sử dụng để tránh sự tách pha do chênh lệch mật độ.
·Định lượng độ phân tán: Ảnh SEM kết hợp với phần mềm ImageJ để tính toán kích thước hạt trung bình theo trọng số diện tích; Quan sát TEM độ dày lớp giao diện.
·Đặc tính lưu biến: Trong quá trình quét tần số động, độ dốc của mô đun lưu trữ (G ') trong dải tần số thấp có thể phản ánh cấu trúc của mạng phụ; Sự xuất hiện của một hình bán nguyệt trong biểu đồ Cole Cole cho thấy độ phân tán tốt.
·Phân tích tương quan hiệu suất: Chỉ số oxy giới hạn (LOI) có mối tương quan thuận với kích thước fractal của phần kéo; Nhiệt độ cháy của dây nóng (GWT) liên quan trực tiếp đến độ phân tán đồng đều.
Cải thiện khả năng phân tán củamagie hydroxittrong nhựa là một dự án có hệ thống đòi hỏi phải xem xét ba khía cạnh: biến đổi nhiệt động bề mặt, kiểm soát tính lưu biến trong quá trình xử lý và đồng thiết kế công thức. Xu hướng trong tương lai là phát triển các chất phụ gia đa chức năng phản ứng để đạt được sự biến đổi và phân tán bề mặt đồng thời trong quá trình xử lý. Thông qua các chiến lược toàn diện ở trên, tỷ lệ duy trì cơ học và hiệu quả chống cháy của nhựa chống cháy magiê hydroxit có thể được cải thiện đáng kể, thúc đẩy ứng dụng vật liệu chống cháy không chứa halogen trong các lĩnh vực hiệu suất cao.
