هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)2)به طور فزاینده ای به عنوان یک بازدارنده شعله غیرآلی دوستدار محیط زیست در پلیمرهایی مانند پلی پروپیلن، پلی اتیلن و نایلون استفاده می شود. با این حال، یکنواختی پراکندگی آن در ماتریس پلاستیکی به طور مستقیم بر راندمان بازدارنده شعله، خواص مکانیکی و پایداری پردازش مواد کامپوزیت تأثیر می‌گذارد. این مقاله به طور سیستماتیک راه‌حل‌های حرفه‌ای را برای افزایش پراکندگی هیدروکسید منیزیم از منظر سازگاری رابط، مکانیسم تجمع، و سینتیک پردازش بررسی می‌کند.
ذرات هیدروکسید منیزیم دارای قطبیت سطحی بالا و آب دوستی قوی هستند، اما سازگاری ضعیفی با پلیمرهای آبگریز دارند و به دلیل نیروهای واندروالس مستعد تجمع ثانویه هستند. سنگدانه ها نه تنها به نقاط عیب تنش تبدیل می شوند، بلکه مانع از کارآیی انتشار گاز بازدارنده شعله می شوند که منجر به کاهش شاخص اکسیژن سیستم می شود. جوهره بهبود پراکندگی در کاهش انرژی برهمکنش بین ذرات، تقویت پیوند مشترک بین ذرات و ماتریس و استفاده از نیروی برشی پردازش برای دستیابی به تجزیه و تجمع سنگدانه ها نهفته است.
استفاده از آمینو سیلان (مانند KH-550) یا مرکاپتو سیلان برای تصفیه هیدروکسید منیزیم می تواند یک لایه آبگریز روی سطح آن ایجاد کند. پس از هیدرولیز سیلان، Si-OH با گروه های هیدروکسیل سطحی Mg (OH) 2 متراکم می شود تا پیوندهای کووالانسی Si-O-Mg تشکیل دهد که به طور قابل توجهی انرژی سطح را کاهش می دهد. تحقیقات نشان داده است که زمانی که نرخ پیوند از 60% بیشتر شود، اندازه پراکندگی هیدروکسید منیزیم در PP را می توان از> 10μm به 1-2μm کاهش داد.
اسیدهای چرب مانند اسید استئاریک و اسید اولئیک می‌توانند با سطح هیدروکسید منیزیم از طریق گروه‌های کربوکسیل جذب شیمیایی شوند و زنجیره‌های کربنی طولانی مانع فضایی می‌شوند. یک روش پیشرفته تر، استفاده از عوامل جفت کننده استر تیتانیوم و آلومینیوم است که ساختار مولکولی آنها می تواند همزمان با هر دو فاز معدنی و آلی ترکیب شود و یک تک لایه آلی روی سطح ذرات تشکیل دهد تا جریان پذیری مذاب را بهبود بخشد.
با پلیمریزاسیون درجا یا واکنش پیوند، زنجیره های پلیمری مشابه یا سازگار با رزین ماتریکس (مانند پلی آکریلات، پلی اولفین پیوندی با انیدرید مالئیک) روی سطح هیدروکسید منیزیم وارد می شوند. این روش می تواند یک "لایه رابط انعطاف پذیر" برای کاهش تنش رابط ناشی از تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی ایجاد کند.
با استفاده از یک اکسترودر دو پیچ دوار دوار، یک میدان برشی با مقاومت بالا با ترکیب بلوک‌های خمیر، دیسک‌های دندانه‌دار و سایر اجزا ساخته می‌شود. بهینه‌سازی پیکربندی پیچ، مواد را قادر می‌سازد تا چرخه‌های متعدد توزیع مجدد برش فشاری را طی کند. اضافه کردن یک میکسر استاتیک قبل از قالب می تواند ناهمواری دمای مذاب و سرعت جریان را بیشتر از بین ببرد.
مقداری اضافه کنیدهیدروکسید منیزیماز درگاه تغذیه جانبی برای جلوگیری از مخلوط شدن یکباره با رزین، که ممکن است منجر به انرژی برشی ناکافی شود. با استفاده از دستگاه اکستروژن اولتراسونیک نوع دیسک سنگ زنی و استفاده از اثر کاویتاسیون برای شکستن سنگدانه ها، اندازه فاز پراکنده را می توان بیش از 30٪ کاهش داد.
هیدروکسید منیزیم در بالای 340 درجه سانتیگراد شروع به تجزیه می کند، بنابراین دمای پردازش باید کمتر از این آستانه اما بالاتر از دمای ذوب کامل رزین باشد. برای سیستم PP، توصیه می شود دمای بشکه را در مقاطع 180-200-190 درجه سانتیگراد (سر قالب) تنظیم کنید تا از دمای بیش از حد که باعث جدا شدن اصلاح کننده سطح شود جلوگیری شود.
افزودن 0.2-0.8 درصد پخش کننده پلیمری (مانند پلی اتیلن گلیکول پلی پروپیلن گلیکول بلوک کوپلیمر) می تواند ویسکوزیته مذاب را کاهش دهد و باعث خیس شدن ذرات شود. پلیمرهای پرشاخه به دلیل ساختار سه بعدی کروی خود مانع فضایی قابل توجهی می شوند که از تجمع مجدد جلوگیری می کند.
بارگذاری مقداری هیدروکسید منیزیم روی نانو سیلیس متخلخل یا نانولوله‌های کربنی برای تشکیل ساختار «پوسته هسته‌ای» یا «جزیره دریایی» می‌تواند روش انباشتگی آن را تغییر دهد و شبکه توزیع یکنواخت‌تری در ماتریس ایجاد کند.
هنگام ترکیب با سینرژیست ها مانند بورات روی و سیلیکات های لایه ای، باید به مطابقت چگالی و اندازه ذرات هر جزء توجه شود. فرآیند پیش پراکندگی ذرات مادر باید برای جلوگیری از جداسازی فاز ناشی از اختلاف چگالی استفاده شود.
· کمیت پراکندگی: تصاویر SEM همراه با نرم افزار ImageJ برای محاسبه اندازه متوسط وزنی سطح ذرات. مشاهده TEM ضخامت لایه رابط.
خصوصیات رئولوژیکی: در اسکن فرکانس پویا، شیب مدول ذخیره سازی (G') در محدوده فرکانس پایین می تواند ساختار شبکه پرکننده را منعکس کند. ظهور یک نیم دایره در نمودار کول کول نشان دهنده پراکندگی خوب است.
· تجزیه و تحلیل همبستگی عملکرد: شاخص اکسیژن محدود (LOI) با بعد فراکتالی بخش کششی همبستگی مثبت دارد. دمای سوختن سیم داغ (GWT) به طور مستقیم با یکنواختی پراکندگی ارتباط دارد.
بهبود پراکندگیهیدروکسید منیزیمدر پلاستیک یک پروژه سیستماتیک است که نیازمند در نظر گرفتن سه بعد است: اصلاح ترمودینامیکی سطح، کنترل رئولوژی پردازش، و طراحی مشترک فرمولاسیون. روند آینده توسعه افزودنی های چند منظوره واکنشی برای دستیابی به اصلاح سطح و پراکندگی همزمان در طول پردازش است. از طریق استراتژی‌های جامع فوق، میزان نگهداری مکانیکی و راندمان بازدارنده شعله پلاستیک‌های مقاوم در برابر شعله هیدروکسید منیزیم را می‌توان به طور قابل توجهی بهبود بخشید و کاربرد مواد بازدارنده شعله بدون هالوژن را در زمینه‌های با کارایی بالا ارتقا داد.
