จะปรับปรุงการกระจายตัวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ในพลาสติกได้อย่างไร

แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (Mg(OH)₂)มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในฐานะสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในโพลีเมอร์ เช่น โพรพิลีน โพลีเอทิลีน และไนลอน อย่างไรก็ตาม ความสม่ำเสมอของการกระจายตัวในเมทริกซ์พลาสติกส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟ คุณสมบัติทางกล และความเสถียรในการประมวลผลของวัสดุคอมโพสิต บทความนี้สำรวจโซลูชันระดับมืออาชีพอย่างเป็นระบบเพื่อเพิ่มความสามารถในการกระจายตัวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์จากมุมมองของความเข้ากันได้ของอินเทอร์เฟซ กลไกการรวมตัว และจลนพลศาสตร์ในการประมวลผล

Ⅰ.  กลไกหลักของการกระจายตัวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ไม่ดี

อนุภาคแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์มีขั้วที่พื้นผิวสูงและมีคุณสมบัติชอบน้ำสูง แต่มีความเข้ากันได้ไม่ดีกับโพลีเมอร์ที่ไม่ชอบน้ำ และมีแนวโน้มที่จะเกิดการรวมตัวกันเป็นลำดับที่สองเนื่องจากแรงของ van der Waals มวลรวมไม่เพียงกลายเป็นจุดบกพร่องที่เกิดจากความเครียดเท่านั้น แต่ยังขัดขวางประสิทธิภาพของการปล่อยก๊าซสารหน่วงไฟ ส่งผลให้ดัชนีออกซิเจนของระบบลดลง สาระสำคัญของการปรับปรุงการกระจายตัวอยู่ที่การลดพลังงานอันตรกิริยาระหว่างอนุภาค เพิ่มการเชื่อมโยงส่วนต่อประสานระหว่างอนุภาคและเมทริกซ์ และใช้แรงเฉือนในการประมวลผลเพื่อให้เกิดการสลายตัวและการรวมตัวของมวลรวม

Ⅱ.  การปรับเปลี่ยนพื้นผิว: จากการดูดซับทางกายภาพไปจนถึงพันธะเคมี

1. การปรับเปลี่ยนทิศทางของสารเชื่อมต่อไซเลน

การใช้อะมิโนไซเลน (เช่น KH-550) หรือเมอร์แคปโตไซเลนในการบำบัดแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์สามารถสร้างชั้นที่ไม่ชอบน้ำบนพื้นผิวของมันได้ หลังจากการไฮโดรไลซิสของไซเลน Si-OH จะควบแน่นกับกลุ่มไฮดรอกซิลที่พื้นผิวของ Mg (OH) ₂ เพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์ Si-O-Mg ซึ่งจะช่วยลดพลังงานพื้นผิวลงอย่างมาก การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่ออัตราการกราฟต์เกิน 60% ขนาดการกระจายตัวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ใน PP จะลดลงจาก>10μm เป็น 1-2μm

2. การออกแบบส่วนต่อประสานของกรดอินทรีย์และสารเชื่อมต่อโลหะ

กรดไขมัน เช่น กรดสเตียริกและกรดโอเลอิกสามารถผ่านการดูดซับทางเคมีกับพื้นผิวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ผ่านหมู่คาร์บอกซิล และโซ่คาร์บอนยาวจะขัดขวางการปราศจากเชื้อ วิธีการขั้นสูงกว่านั้นคือการใช้สารเชื่อมต่อไทเทเนียมและอะลูมิเนียมเอสเทอร์ ซึ่งมีโครงสร้างโมเลกุลสามารถรวมกับเฟสอนินทรีย์และอินทรีย์ได้พร้อมกัน และสร้างชั้นเดียวอินทรีย์บนพื้นผิวของอนุภาคเพื่อปรับปรุงความสามารถในการไหลของของเหลว

3. เทคโนโลยีการเคลือบกราฟต์โพลีเมอร์

โดยปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันในแหล่งกำเนิดหรือปฏิกิริยากราฟต์ โซ่โพลีเมอร์ที่คล้ายกันหรือเข้ากันได้กับเมทริกซ์เรซิน (เช่น พอลิอะคริเลต, พอลิโอเลฟินกราฟต์แอนไฮไดรด์มาลิก) ถูกนำมาใช้บนพื้นผิวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ วิธีการนี้สามารถสร้าง "ชั้นส่วนต่อประสานที่ยืดหยุ่น" เพื่อบรรเทาความเค้นของส่วนต่อประสานที่เกิดจากความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

Ⅲ.  การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ: การทำงานร่วมกันระหว่างสนามแรงเฉือนและสนามอุณหภูมิ

1. การไหลแบบผสมและการหลอมละลายแรงเฉือนสูง

การใช้เครื่องอัดรีดแบบสกรูคู่หมุนร่วม สนามแรงเฉือนที่มีความแข็งแรงสูงถูกสร้างขึ้นโดยการรวมบล็อกการนวด แผ่นฟัน และส่วนประกอบอื่นๆ การปรับโครงสร้างสกรูให้เหมาะสมช่วยให้วัสดุได้รับการกระจายแรงเฉือนแบบหลายรอบ การเพิ่มเครื่องผสมแบบคงที่ก่อนที่แม่พิมพ์จะช่วยลดความไม่สม่ำเสมอของอุณหภูมิหลอมเหลวและอัตราการไหลได้

2. การป้อนหลายขั้นตอนและการควบคุมขนาดของเฟสที่กระจายตัว

เพิ่มบางส่วนแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์จากช่องป้อนด้านข้างเพื่อหลีกเลี่ยงการผสมกับเรซินในคราวเดียว ซึ่งอาจส่งผลให้พลังงานเฉือนไม่เพียงพอ ด้วยการใช้อุปกรณ์อัดรีดอัลตราโซนิกชนิดแผ่นเจียรและใช้เอฟเฟกต์คาวิเทชั่นเพื่อสลายมวลรวม ขนาดของเฟสที่กระจายตัวสามารถลดลงได้มากกว่า 30%

3. การควบคุมอุณหภูมิหน้าต่างการประมวลผลที่แม่นยำ

แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์เริ่มสลายตัวสูงกว่า 340°C ดังนั้นอุณหภูมิในการประมวลผลควรต่ำกว่าเกณฑ์นี้ แต่สูงกว่าอุณหภูมิหลอมละลายของเรซินโดยสมบูรณ์ สำหรับระบบ PP แนะนำให้ตั้งอุณหภูมิกระบอกในส่วน 180-200-190°C (หัวดาย) เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้อุณหภูมิมากเกินไปจนทำให้ตัวปรับแต่งพื้นผิวหลุดออก

Ⅳ.  การออกแบบระบบสูตรร่วมกัน

1. การเลือกสารกระจายตัว

การเติมสารช่วยกระจายตัวโพลีเมอร์ 0.2-0.8% (เช่น โพลีเอทิลีนไกลคอล โพลีโพรพิลีนไกลคอลบล็อกโคโพลีเมอร์) สามารถลดความหนืดหลอมละลายและส่งเสริมการทำให้อนุภาคเปียก โพลีเมอร์แบบไฮเปอร์แบรนช์มีการกีดขวางทางสเตียรอยด์อย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากมีโครงสร้างสามมิติทรงกลม ป้องกันการรวมตัวกันอีกครั้ง

2. เทคโนโลยีพาหะนาโนคอมโพสิต

การโหลดแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์บางส่วนลงบนนาโนซิลิกาหรือท่อนาโนคาร์บอนที่มีรูพรุนเพื่อสร้างโครงสร้าง "แกนกลาง" หรือ "เกาะทะเล" สามารถเปลี่ยนวิธีการเรียงซ้อนและสร้างเครือข่ายการกระจายที่สม่ำเสมอมากขึ้นในเมทริกซ์

3. การเพิ่มประสิทธิภาพทางรีโอโลจีของระบบเสริมฤทธิ์กันที่ซับซ้อน

เมื่อผสมกับสารเสริมฤทธิ์กัน เช่น ซิงค์บอเรตและซิลิเกตแบบชั้น ควรให้ความสนใจกับการจับคู่ความหนาแน่นและขนาดอนุภาคของแต่ละส่วนประกอบ ควรใช้กระบวนการก่อนการกระจายตัวของอนุภาคแม่เพื่อหลีกเลี่ยงการแยกเฟสที่เกิดจากความแตกต่างของความหนาแน่น

Ⅴ.  ลักษณะเฉพาะและวิธีประเมินผล

·ปริมาณการกระจายตัว: ภาพ SEM รวมกับซอฟต์แวร์ ImageJ เพื่อคำนวณขนาดอนุภาคเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักในพื้นที่ การสังเกต TEM ของความหนาของชั้นอินเทอร์เฟซ

·ลักษณะทางรีโอโลยี: ในการสแกนความถี่แบบไดนามิก ความชันของโมดูลัสการจัดเก็บข้อมูล (G ') ในช่วงความถี่ต่ำสามารถสะท้อนถึงโครงสร้างของเครือข่ายฟิลเลอร์ การปรากฏตัวของครึ่งวงกลมเดี่ยวในพล็อตของโคล โคลบ่งบอกถึงการกระจายตัวที่ดี

·การวิเคราะห์สหสัมพันธ์ประสิทธิภาพ: ดัชนีออกซิเจนจำกัด (LOI) มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับมิติแฟร็กทัลของส่วนแรงดึง อุณหภูมิการเผาไหม้ของลวดร้อน (GWT) เกี่ยวข้องโดยตรงกับความสม่ำเสมอของการกระจายตัว

บทสรุป

ปรับปรุงการกระจายตัวของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ในพลาสติกเป็นโครงการที่เป็นระบบซึ่งต้องมีการพิจารณาในสามมิติ ได้แก่ การดัดแปลงทางอุณหพลศาสตร์ของพื้นผิว การควบคุมรีโอโลจีของการประมวลผล และการออกแบบร่วมของการผสมสูตร แนวโน้มในอนาคตคือการพัฒนาสารเติมแต่งมัลติฟังก์ชั่นที่ทำปฏิกิริยาเพื่อให้เกิดการปรับเปลี่ยนพื้นผิวและการกระจายตัวไปพร้อมๆ กันในระหว่างการประมวลผล ด้วยกลยุทธ์ที่ครอบคลุมข้างต้น อัตราการเก็บรักษาเชิงกลและประสิทธิภาพการหน่วงไฟของพลาสติกหน่วงไฟแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยส่งเสริมการใช้วัสดุหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนในสาขาที่มีประสิทธิภาพสูง