Hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂)est de plus en plus largement utilisé comme ignifuge inorganique respectueux de l'environnement dans des polymères tels que le polypropylène, le polyéthylène et le nylon. Cependant, l’uniformité de sa dispersion dans la matrice plastique affecte directement l’efficacité ignifuge, les propriétés mécaniques et la stabilité du traitement du matériau composite. Cet article explore systématiquement les solutions professionnelles pour améliorer la dispersibilité de l’hydroxyde de magnésium du point de vue de la compatibilité des interfaces, du mécanisme d’agglomération et de la cinétique de traitement.
Les particules d'hydroxyde de magnésium ont une polarité de surface élevée et une forte hydrophilie, mais une mauvaise compatibilité avec les polymères hydrophobes et sont sujettes à une agglomération secondaire en raison des forces de Van der Waals. Les agrégats deviennent non seulement des points de défaut de contrainte, mais entravent également l'efficacité de la libération des gaz ignifuges, entraînant une diminution de l'indice d'oxygène du système. L'essence de l'amélioration de la dispersion réside dans la réduction de l'énergie d'interaction entre les particules, l'amélioration de la liaison d'interface entre les particules et la matrice et l'utilisation de la force de cisaillement du traitement pour obtenir la désintégration et l'agrégation des agrégats.
L'utilisation d'aminosilane (tel que le KH-550) ou de mercapto silane pour traiter l'hydroxyde de magnésium peut former une couche hydrophobe à sa surface. Après l'hydrolyse du silane, Si-OH se condense avec les groupes hydroxyles de surface de Mg (OH) ₂ pour former des liaisons covalentes Si-O-Mg, réduisant considérablement l'énergie de surface. Des recherches ont montré que lorsque le taux de greffage dépasse 60 %, la taille de la dispersion de l'hydroxyde de magnésium dans le PP peut être réduite de >10 μm à 1-2 μm.
Les acides gras tels que l'acide stéarique et l'acide oléique peuvent subir une adsorption chimique avec la surface de l'hydroxyde de magnésium via des groupes carboxyle, et les longues chaînes carbonées constituent un obstacle stérique. Une méthode plus avancée consiste à utiliser des agents de couplage d'ester de titane et d'aluminium, dont la structure moléculaire peut se combiner simultanément avec les phases inorganiques et organiques, et former une monocouche organique à la surface des particules pour améliorer la fluidité de la fusion.
Par réaction de polymérisation ou de greffage in situ, des chaînes polymères similaires ou compatibles avec la résine matrice (telles que polyacrylate, polyoléfine greffée anhydride maléique) sont introduites à la surface de l'hydroxyde de magnésium. Cette méthode permet de construire une « couche d'interface flexible » pour atténuer les contraintes d'interface provoquées par les différences de coefficients de dilatation thermique.
À l'aide d'une extrudeuse à double vis co-rotative, un champ de cisaillement à haute résistance est construit en combinant des blocs de pétrissage, des disques dentés et d'autres composants. L'optimisation de la configuration des vis permet au matériau de subir plusieurs cycles de redistribution du cisaillement en compression. L'ajout d'un mélangeur statique avant le moule peut éliminer davantage les irrégularités de la température de fusion et du débit.
Ajoutez-enhydroxyde de magnésiumde l'orifice d'alimentation latéral pour éviter de se mélanger immédiatement avec la résine, ce qui pourrait entraîner une énergie de cisaillement insuffisante. En utilisant un dispositif d'extrusion ultrasonique de type disque de broyage et en utilisant l'effet de cavitation pour briser les agrégats, la taille de la phase dispersée peut être réduite de plus de 30 %.
L'hydroxyde de magnésium commence à se décomposer au-dessus de 340 ℃, la température de traitement doit donc être inférieure à ce seuil mais supérieure à la température de fusion complète de la résine. Pour le système PP, il est recommandé de régler la température du canon par sections de 180-200-190℃ (tête de filière) pour éviter une température excessive provoquant le détachement du modificateur de surface.
L'ajout de 0,2 à 0,8 % de dispersant polymère (tel que le copolymère bloc de polyéthylène glycol polypropylène glycol) peut réduire la viscosité à l'état fondu et favoriser le mouillage des particules. Les polymères hyperramifiés présentent un encombrement stérique important en raison de leur structure tridimensionnelle sphérique, empêchant la réagrégation.
Le chargement d'un peu d'hydroxyde de magnésium sur des nanosilices poreuses ou des nanotubes de carbone pour former une structure « noyau-coquille » ou « île marine » peut modifier sa méthode d'empilement et former un réseau de distribution plus uniforme dans la matrice.
Lors de la composition avec des synergistes tels que le borate de zinc et les silicates en couches, il convient de veiller à faire correspondre la densité et la taille des particules de chaque composant. Le processus de pré-dispersion des particules mères doit être utilisé pour éviter la séparation de phase causée par les différences de densité.
·Quantification de la dispersion : images SEM combinées au logiciel ImageJ pour calculer la taille moyenne des particules pondérée par zone ; Observation TEM de l'épaisseur de la couche d'interface.
·Caractérisation rhéologique : En balayage dynamique de fréquence, la pente du module de conservation (G') dans la gamme des basses fréquences peut refléter la structure du réseau de charges ; L'apparition d'un seul demi-cercle dans le tracé de Cole Cole indique une bonne dispersion.
·Analyse de corrélation des performances : l'indice limite d'oxygène (LOI) est positivement corrélé à la dimension fractale de la section de traction ; La température de combustion du fil chaud (GWT) est directement liée à l'uniformité de la dispersion.
Améliorer la dispersibilité dehydroxyde de magnésiumdans les plastiques est un projet systématique qui nécessite la prise en compte de trois dimensions : la modification thermodynamique de surface, le contrôle de la rhéologie du traitement et la co-conception de la formulation. La tendance future est de développer des additifs multifonctionnels réactifs pour obtenir une modification et une dispersion simultanées de la surface pendant le traitement. Grâce aux stratégies complètes ci-dessus, le taux de rétention mécanique et l'efficacité ignifuge des plastiques ignifuges à base d'hydroxyde de magnésium peuvent être considérablement améliorés, favorisant ainsi l'application de matériaux ignifuges sans halogène dans les domaines de haute performance.
