Благодаря химической обработке связующими агентами, такими как силаны или стеариновая кислота,Модифицированный гидроксид магнияделает его естественную гидрофильную поверхность гидрофобной, повышая ее совместимость с полимерами. Это изменение поверхности предотвращает слипание частиц во время смешивания, снижает вязкость расплава во время обработки и делает связь между металлическим наполнителем и матрицей органического полимера более прочной. Конечным результатом является лучшая дисперсия, лучшая огнестойкость и механические свойства, которые остаются неизменными при высоких скоростях загрузки. Это решает важные проблемы, с которыми сталкиваются производители, добавляя минеральные наполнители в пластмассы, провода и резиновые смеси.
Понимание совместимости модифицированного гидроксида магния и полимера
Что делает обработку поверхности необходимой?
Стандартный гидроксид магния содержит гидроксильные группы, которые обеспечивают сильное взаимодействие частиц-между-частицами и вытягивают воду. Когда эти необработанные кусочки смешивают с гидрофобными пластиками, такими как полиэтилен или полипропилен, они слипаются, а не распределяются равномерно. В ходе модификации поверхности частиц покрываются органическими молекулами, меняющими свою полярность на не-полярную. Эти молекулы обычно представляют собой силановые связующие агенты, титанаты или жирные кислоты. Такое изменение химических веществ позволяет частицам правильно смешиваться с расплавом полимера, разбивая комки и равномерно распределяя частицы по матрице.
Роль совместимости полимеров в характеристиках композита
Совместимость полимеров позволяет узнать, плавно ли смешивается наполнитель или повреждает ли структуру материала. Когда наполнитель и матрица плохо склеиваются друг с другом, образуются слабые места, где могут начаться трещины при нагрузке на конструкцию. Когда частицы не прилипают к полимерным цепям вокруг них, механические свойства, такие как прочность на разрыв и удлинение при разрыве, резко снижаются. Это особенно актуально при высоких уровнях нагрузки, необходимых для работы огнезащитных средств. Совместимость также меняет способ работы обработки. Несовместимые наполнители заставляют экструдеры потреблять больше энергии и производить конечную продукцию с дефектами, такими как белые пятна или шероховатая поверхность.
Эти проблемы можно решить напрямую путем модификации, которая изменяет поверхность частиц так, чтобы она соответствовала химическому составу полимера-. Обработанная поверхность хорошо взаимодействует с полимерными цепями, помогая молекулам запутываться и передавать напряжение через контакт. Такое лучшее сцепление сохраняет механические характеристики даже тогда, когда наполнители занимают 50–60% объема композита. Это диапазон нагрузки, необходимый для получения рейтинга UL94 V-0 и прохождения строгих испытаний на пожаробезопасность, необходимых в кабельной, автомобильной и строительной промышленности.
Оптимизированное распределение частиц по размерам
Помимо изменения химического состава поверхности, методы модификации также изменяют размер частиц, чтобы улучшить их распределение и внешний вид готового продукта. Типичный размер частиц (D50) в улучшенных сортах составляет от 0,8 до 2,0 микрон. Это хороший диапазон по огнестойкости и качеству поверхности. Частицы размером более 5 микрон создают видимые дефекты и точки концентрации напряжений. С другой стороны, слишком мелкие частицы делают жидкость более густой, и с ней труднее обращаться, поскольку они создают пыль. Удельная поверхность по БЭТ, которая обычно составляет от 3 до 6 м²/г, влияет как на поглощение масла, так и на покрытие модификатора. Это два фактора, которые напрямую влияют на стоимость переработки и способность продукта течь во время формования или экструзии.
Основные механизмы улучшения совместимости модифицированного гидроксида магния
Химическое соединение посредством связующих агентов
Самый технологичный способ что-то изменить – использовать силановое связующее. У этих молекул две задачи: они имеют реакционноспособные силанольные группы, которые химически прикрепляются к гидроксильным участкам на поверхности гидроксида магния, а их органические хвосты торчат и соединяются с полимерными цепями. Это создает ковалентные связи между наполнителем и матрицей, что делает передачу напряжений намного более эффективной, чем при использовании простых физических методов нанесения покрытия. Это приводит к лучшему сохранению механической прочности и лучшей устойчивости к ударам. Это особенно полезно в сшитых-кабельных соединениях, которым необходимо длительное время выдерживать электрические нагрузки.
Титанатные модификаторы действуют аналогично аминным модификаторам, но они лучше действуют в некоторых полимерных системах, особенно в тех, которые обрабатываются при высоких температурах. Для тех случаев, когда хорошее диспергирование и технологическая смазка важнее, чем наилучшие механические характеристики, стеариновая кислота является экономически-эффективным вариантом. Индекс активации, который является показателем покрытия поверхности, который обычно превышает 98% у высших сортов, показывает, насколько хорошо сработало изменение. Это напрямую связано с более низкими значениями маслопоглощения, более низкой комплексной вязкостью и более высокой производительностью экструзии при более высокой активации.
Термическая стабильность и эндотермическое разложение
Помимо обеспечения совместимости покрытия, изменение сохраняетМодифицированный гидроксид магнияего естественная способность защищать от огня и обеспечивает стабильность покрытия во время-высокотемпературной обработки. Около 340 градусов гидроксид магния, который не изменился, начинает эндотермически разрушаться. При этом выделяется водяной пар, который смешивается с горящими газами и охлаждает место, где происходит пожар. Температура обработки до 220 градусов не влияет на процессы улучшения качества, поэтому поверхностный слой остается твердым во время компаундирования и формования.
Когда измененные частицы подвергаются воздействию огня, они планомерно разрушаются. Органическое покрытие полностью испаряется, не образуя токсичного дыма, а ядро из гидроксида магния проходит обычный трехстадийный-разложение. Около 31% веса каждого грамма выделяется в виде водяного пара. Это образует щит, который замедляет распространение тепла и останавливает пламя. В то же время остатки оксида магния образуют на поверхности объекта защитный слой угля, что усиливает эффект химического охлаждения.
Синергетические эффекты с полимерными добавками
Другие химические ингредиенты, такие как технологические добавки, витамины и со-стабилизаторы, хорошо сочетаются с модифицированными наполнителями. Правильная обработка поверхности не позволяет сшивающим агентам влиять на использование проволоки, а зародышеобразователи не мешают полукристаллическим полимерам. Эта синергия делает рецептуру гибкой, поэтому производители компаундов могут улучшать более одного свойства одновременно вместо того, чтобы отказываться от одного ради улучшения другого, что является распространенной проблемой при работе с натуральными наполнителями, которые не подвергались обработке.
Сравнение модифицированного гидроксида магния с другими наполнителями и антипиренами
Преимущества производительности по сравнению с гидроксидом алюминия
Гидроксид алюминия (АТН) является наиболее популярным огнестойким наполнителем, поскольку он используется уже давно и его производство дешево. Но ATH разрушается при температуре около 200 градусов, поэтому его можно использовать только с полимерами, которые обрабатываются при температуре ниже этой температуры. Поскольку модифицированный гидроксид магния выдерживает температуру обработки на 70–100 градусов выше, его можно использовать в промышленных термопластах, таких как полиамид и полиолефины с более высокой -плавкостью. Это термическое преимущество немедленно приводит к более широкому спектру материалов, которые можно использовать, и большему количеству вариантов обработки.
При одинаковых уровнях нагрузки гидроксид магния подавляет дым лучше, чем ATH. Это важно учитывать при работе в закрытых помещениях, таких как автомобили и подземные сооружения. Остаток оксида магния, остающийся после сжигания, менее кислый, чем оксид алюминия. Это делает коррозию электронных деталей более безопасной, что становится все более важным, поскольку количество электроники в автомобилях и зданиях продолжает расти.
Экономическая эффективность-Эффективность и экологический профиль
Если посмотреть на общую стоимость владения, модифицированный гидроксид магния часто оказывается дешевле, чем обычные заменители, даже несмотря на то, что он стоит дороже за единицу. Улучшение диффузии и характеристик обработки снижает вязкость материала, а это означает, что во время экструзии и литья под давлением используется меньше энергии. Более быстрое время цикла и более низкий уровень брака позволяют сэкономить больше денег, которые на начальном этапе покрывают стоимость материалов, особенно при крупносерийном производстве, где эффективность обработки — это то, что делает бизнес прибыльным.
По мере того как обязательства по устойчивому развитию бизнеса и давление со стороны регулирующих органов растут, экологические факторы становятся все более важными при выборе покупок. Гидроксид магния распадается на воду и оксид магния, которые безопасны для окружающей среды. Он не выделяет галогенов, тяжелых металлов и органических загрязнений. Этот профиль чистой разбивки помогает соблюдать правила RoHS, REACH и новых проектов экономики замкнутого цикла, ориентированных на материалы, которые можно переработать.
Влияние размера частиц на производительность приложения
Связь между размером частиц и эффективностью меняется в зависимости от задачи. Материалы для обмотки кабеля лучше работают с более мелкими частицами (D50 < 1,5 микрон), которые сохраняют гибкость и уменьшают шероховатость поверхности. С другой стороны, более широкое распределение (D50 до 3 микрон) можно использовать в некоторых случаях использования композитных панелей, где экономия денег важнее, чем наличие гладкой поверхности. Изменения в марках и очень строгие требования к верхней-резам (D97 < 10 микрон) не позволяют слишком большим частицам образовывать гели или поры во время резки пленки. Эти недостатки ухудшают барьерные качества и внешний вид фильма.
При использовании в электротехнике, где даже небольшое количество загрязнений может вызвать большие диэлектрические потери или электрические следы, необходимы стандарты чистоты с содержанием Mg(OH)₂ выше 99,5%. Карбонат кальция и другие минеральные примеси подходят для большинства применений, но они могут стать проблемой при изоляции проводов высокого-напряжения, где объемное сопротивление должно быть более 10±⁃ Ом-см.
Промышленное применение модифицированного гидроксида магния в полимерах
Кабельные соединения с низким-бездымным содержанием-галогенов
Когда дело доходит до размера и спроса, лучшим местом для поиска обновленных огнестойких наполнителей является производство проволоки и кабелей. Провода с низким содержанием дыма и нулевым галогеном (LSZH) необходимы в системах метро, на кораблях, в центрах обработки данных и высотных зданиях для обеспечения безопасности людей в случае пожара. В большинстве случаев эти соединения состоят из матриц из этиленвинилацетата или металлоценового полиэтилена и на 55–65%Модифицированный гидроксид магниянагрузка, соответствующая требованиям IEC 60331 по сопротивлению распространению пламени и IEC 61034 по предельным значениям плотности дыма ниже 60%.
Изменение поверхности необходимо для сохранения гибкости и устойчивости этих проводов к ударам при низких температурах. Высокие минеральные нагрузки сделают продукты хрупкими и с ними будет невозможно работать, если с ними не будут обращаться должным образом. Изменение качества позволяет проводам проходить механические испытания, например многократное сгибание, холодное-сгибание при -25 градусах и процессы теплового старения. Он также сохраняет свои электрические свойства, например, сопротивление изоляции превышает 100 МОм на километр.
Последние достижения в технологии позволили заменить зарубежные премиальные виды на местные, соответствующие тем же стандартам. Такие продукты, как HS-5 компании GoodTech, теперь могут конкурировать с признанными стандартами японских и американских поставщиков с точки зрения производительности. Это дает менеджерам по закупкам экономически эффективные варианты, которые не ставят под угрозу техническую стабильность или безопасность поставок.
Композитные панели и строительные материалы
Для поверхностей зданий, изготовленных из алюминиевых композитных панелей, материалы сердцевины не должны воспламеняться, чтобы панели соответствовали классу пожаробезопасности A2 или B1 в соответствии с EN 13501. Это достигается с помощью модифицированного гидроксида магния, который сохраняет силу отслаивания, необходимую для прикрепления полимерного материала сердцевины к металлической обшивке. Это изменение гарантирует, что модификация хорошо прилипнет к полимерам полиэтиленового ядра, поэтому структура не расслаивается во время циклических изменений температуры и остается прочной после десятилетий воздействия окружающей среды.
Этот материал также полезен в строительстве, поскольку помогает удерживать дым и естественным образом разлагается, образуя не-токсичные отходы. Строительные правила налагают больше ограничений на материалы, которые выделяют густой дым или едкие газы во время пожаров, поскольку это основные причины гибели людей в пожарах. Гидроксид магния соответствует этим меняющимся стандартам и способствует сертификации экологически чистого строительства, поскольку он безопасен для окружающей среды.
Инженерные пластмассы для автомобильных компонентов
Стремление к использованию электричества в автомобильной промышленности увеличивает потребность в огнестойких-полимерах в корпусах аккумуляторов, зарядных соединениях и деталях под капотом. Использование модифицированных смесей гидроксида магния, полипропилена и полиамида позволяет получить рейтинг UL94 V-0 при толщине от 0,8 до 1,6 мм, сохраняя при этом ударную вязкость, необходимую для безопасности при столкновении. Это изменение предотвращает ослабление, которое может произойти из-за высокой минеральной нагрузки, поэтому детали продолжают хорошо работать при температурах от -40 до 120 градусов, что и нужно автомобилям.
Способность материала удерживать тепло и отводить электричество особенно ценится компаниями, производящими электромобили. Гидроксид магния обладает высокой удельной теплоемкостью, что помогает избавиться от тепла при нормальной работе. Его эндотермический пробой также обеспечивает дополнительную тепловую защиту во время перегрева батареи, что является проблемой безопасности, за которой внимательно следят регулирующие органы и потребители.
Использование этих различных вариантов использования показывает, насколько универсальными могут быть изменения поверхности. Ученые-материаловеды могут изменить химию активации, распределение частиц по размерам и модификаторы в соответствии с конкретными полимерными системами и условиями обработки. Это позволяет им находить оптимальные решения вместо того, чтобы останавливаться на универсальных-оценках, которые не подходят в сложных ситуациях.
Как выбрать и приобрести подходящий модифицированный гидроксид магния для ваших нужд
Критические параметры спецификации
Прежде чем сделать выбор источника, вы должны убедиться, что необходимые вам спецификации ясны и соответствуют потребностям вашего приложения. Индекс активации является наиболее важным показателем качества модифицированных сортов. Значения ниже 95% означают, что поверхность покрыта недостаточно, что приведет к проблемам во время обработки и неравномерной производительности партии. Попросите результаты теста на гидрофобность, который показывает, сколько частиц плавает в воде; лучшие сорта имеют флотацию более 98%.
Для распределения частиц по размерам числа D10, D50 и D97 должны быть определены методом лазерного дифракционного анализа. D50 должен соответствовать вашим потребностям (более мелкий для проволоки, более крупный для формования толстых-профилей), а D97 должен иметь толщину менее 10 микрон, чтобы экструзионные профили не имели дефектов. Убедитесь, что в анализе используются правильные методы дисперсии. Если ультразвуковая обработка проведена неправильно, результаты будут ложно грубыми, что не отражает, насколько хорошо продукт на самом деле работает.
Значения маслопоглощения описывают, как обрабатывается материал; цифры ниже 35 г/100 г показывают, что изменение работает хорошо и предотвращает увеличение вязкости во время смешивания. Меньшее поглощение означает меньшую энергию смешивания, более короткое время цикла и лучшую отделку внешней поверхности формованных изделий. Термогравиметрический анализ (ТГА) должен показать, что материал начинает разрушаться при температуре выше 320 градусов и имеет резкий эндотермический пик между 330 и 360 градусами. Это доказывает, что он остается термически стабильным при производственных температурах и при этом обладает огнестойкими свойствами.
Квалификация и надежность поставщика
Потому чтоМодифицированный гидроксид магнияиспользуется в приложениях,-критичных к безопасности, при его описании очень важна последовательность поставок. Проверьте запасы руды и возможности переработки ваших поставщиков, чтобы убедиться, что они смогут удовлетворить ваши потребности в объемах за счет многолетних-соглашений о поставках. Когда дело доходит до стабильности, производители, которые контролируют источники своего сырья, химию осадков и обработку поверхности, лучше, чем продавцы или переупаковщики, которые смешивают материалы из разных источников.
Попросите документы по контролю качества продукции, которые включают данные о том, как ключевые факторы изменяются от партии к партии. Премиум-провайдеры поддерживают D50 в пределах ±0,2 микрона и индекс активации в пределах ±1% во всех производственных циклах. Этот уровень стабильности необходим для обеспечения хорошей работы соединения без необходимости постоянного изменения его состава. Сертификация ISO 9001 дает вам базовое спокойствие, а отраслевые сертификаты-, такие как признание UL, CSA и VDE для электротехники, показывают, что вы привержены системам качества, отвечающим вашим требованиям соответствия.
Географическая диверсификация материалов снижает вероятность возникновения проблем в одной области или зависимости от одного источника. Вы можете квалифицировать источники из более чем одной области, придерживаясь при этом единых стандартов оценки. Это позволит обеспечить гибкий выбор источников без необходимости внесения большого количества изменений в рецептуру соединений. Техническая поддержка, такая как помощь в разработке приложений и быстрые ответы на вопросы о качестве, часто так же важна, как и качество самого продукта, особенно когда речь идет о решении проблем во время обработки или улучшении рецептов.
Динамика ценообразования и логистика заказов
Цена модифицированного гидроксида магния зависит от стоимости сырья, сложности химии модификации и точности контроля размера частиц. Сорта,-модифицированные силаном, на 15–30 % дороже, чем обработанные стеариновой кислотой, поскольку они работают лучше и для изменения структуры используют более дорогие химикаты. Из-за необходимости сортировки и измельчения сверхтонкие гранулы (D50 < 1,0 мм) стоят дороже. Знание этих факторов стоимости поможет вам сравнить котировки и спотовые цены, которые кажутся слишком низкими, что может означать снижение качества.
Для контейнерных перевозок минимальный объем заказа обычно составляет от 20 до 25 метрических тонн. Это делается для того, чтобы сбалансировать затраты на логистику и затраты на содержание запасов. Поговорите с продавцами о предложениях по поставкам больших-объемов, чтобы убедиться в наличии материалов и не создавать слишком большую нагрузку на склад. Время выполнения заказа варьируется от 4 до 6 недель для стандартных позиций и от 8 до 12 недель для специальных марок, которые должны соответствовать определенным научным требованиям или требованиям к размеру частиц.
Покупая вещи из других стран, нужно быть осторожным с упаковкой и не допускать попадания влаги. Модифицированный гидроксид магния с меньшей вероятностью впитывает воду, чем необработанные сорта, но его все равно можно сохранять сухим, помещая его в влагонепроницаемые мешки,-например, 25-килограммовые мешки с полиэтиленовым вкладышем внутри и водонепроницаемыми наружными слоями сверху. Убедитесь, что упаковка соответствует тому, как вы с ней обращаетесь и как храните ее. При правильном хранении (относительная влажность ниже 60%) срок годности составляет более 12 месяцев. Однако целостность изменений необходимо проверить по индексу активации перед использованием состаренного материала.
Заключение
Минеральные наполнители раньше плохо работали в требовательных полимерных приложениях из-за проблем совместимости. Однако,Модифицированный гидроксид магнияустраняет эти проблемы. Производители тщательно обрабатывают поверхность этого материала,-любящего воду, чтобы сделать его полезной добавкой, которая равномерно смешивается, действует быстро и сохраняет свою механическую целостность при высоких уровнях огнезащитной-нагрузки. Высокий уровень технических навыков, необходимых для изменения качества, включает в себя разработку частиц, оптимизацию химии поверхности и проверку термической стабильности. Эти навыки напрямую приводят к таким производственным преимуществам, как снижение затрат на обработку, более стабильная продукция и повышение показателей безопасности.
Ваши предприятия смогут воспользоваться этими преимуществами производительности и одновременно справиться с рисками в цепочке поставок, если вы сделаете выбор в области закупок с учетом технических характеристик, надежности поставщиков и общей стоимости владения. Поскольку стандарты производительности растут, а экологические правила ужесточаются, модифицированный гидроксид магния оказался безопасным, экологически чистым и высокоэффективным способом производства полимерных продуктов. Это разумный выбор для компаний, которые хотят быть на шаг впереди всех в разработке полимерных продуктов.
Часто задаваемые вопросы
Что отличает осажденный от минерального-источника гидроксида магния по эффективности модификации?
Chemical methods are used to make precipitated magnesium hydroxide, which is more pure (usually >99,5%) и лучше контролирует форму кристаллов, чем порошок брусита, получаемый из минералов. Поскольку свойства частиц остаются неизменными от партии к партии, эта закономерность делает изменение поверхности более равномерным. Минеральные источники не все имеют одинаковую степень чистоты, и их необходимо обрабатывать разными способами. Однако недавние улучшения в области тонкого измельчения и сортировки закрыли некоторые пробелы в производительности для некоторых видов использования. Осажденные сорта обычно необходимы для применения в электротехнике с высокими-техническими характеристиками, но экономичные-строительные материалы могут использоваться с дорогими минеральными-продуктами.
Можно ли изменить тип модификации после первоначальной разработки соединения?
Если вы хотите изменить реологию и механические свойства соединения между модификацией силана и жирной кислоты, вам придется переформулировать его. Изменения в силане делают соединение между поверхностями более прочным, что может означать меньшую нагрузку наполнителя при сохранении производительности. Растворы жирных кислот облегчают работу и улучшают смазку, но они также делают их более слабыми. Даже если вы поменяете источник, в котором используется один и тот же общий тип модификатора, вам все равно может потребоваться внести изменения в состав, поскольку распределение частиц по размерам, степень активации и концентрация модификатора могут измениться.
Как модифицированный гидроксид магния влияет на окрашиваемость пигментированных соединений?
When it comes to consumer-visible uses, high whiteness grades (L-value >96) важны, поскольку служат нейтральной основой для подбора цветов. Модифицированное покрытие может немного изменить распределение пигмента. В целом силановый процесс лучше работает с органическими пигментами, чем с покрытиями из жирных кислот. Уровень впитывания масла влияет на необходимое количество концентрата цвета. Более низкие уровни поглощения позволяют обеспечить нормальную загрузку пигмента, в то время как более высокие уровни поглощения могут означать, что концентрат цвета необходимо корректировать, чтобы сохранить его интенсивность.
Партнер с проверенным опытом в области модифицированного гидроксида магния
Henghao Technology Development (Ханчжоу) Co., Ltd.уже более 20 лет является лидером в области производства высокоэффективных-огнестойких наполнителей и может помочь вам в покупке. Как хорошо известный-поставщик модифицированного гидроксида магния, работающий в 33 странах в сфере проводной и кабельной, автомобильной и строительной промышленности, мы знаем, как сложно найти надежных поставщиков и следить за тем, чтобы спецификации оставались неизменными в течение многолетних-сделок о поставках.
Наша техническая команда дает вам рекомендации-по конкретным приложениям на основе большого количества данных тестирования. Они могут помочь вам разработать формулу, начиная с первых испытаний и вплоть до полного масштабирования-производства. Прямой доступ к заводу гарантирует низкие цены на высококачественные-качественные марки,-модифицированные силаном и стеариновой кислотой-, с индексом активации выше 98 % и диапазоном частиц, который лучше всего подходит для вашего технологического оборудования. Обратившись к нашим специалистам по адресуinfo@henghaopigment.comЭто отличный способ для менеджеров по закупкам, технических инженеров и специалистов по снабжению получить подробные спецификации, образцы оценок и уникальные решения, которые точно соответствуют вашим потребностям в производительности.
Ссылки
1. Халл Т.Р., Витковски А. и Холлингбери Л. (2011). «Огнезащитное действие минеральных наполнителей в композитах из этиленвинилацетата, не содержащих галогенов».Деградация и стабильность полимера, 96(8), 1462-1469.
2. Ротон Р.Н. и Хорнсби П.Р. (2014). «Огнезащитное действие гидроксида магния в полимерных системах».Огонь и материалы, 38(2), 138-154.
3. Лаутид Ф., Бонно Л., Александр М., Лопес-Куэста ЖМ и Дюбуа П. (2009). «Новые перспективы огнестойких полимерных материалов: от основ к нанокомпозитам».Материаловедение и инженерия: R: Отчеты, 63(3), 100-125.
4. Бейер, Г. (2002). «Огнестойкость нанокомпозитов – от исследований до технических продуктов».Журнал пожарных наук, 20(1), 3-17.
5. Хорнсби, П.Р. и Уотсон, К.Л. (1990). «Механизм ингибирования горения и подавления дыма в термопластах, содержащих наполнитель гидроксид магния».Переработка и применение пластмасс и резины, 14(3), 147-156.
6. Морган А.Б. и Гилман Дж.В. (2013). «Характеристика полимерных-слоистых силикатных (глиняных) нанокомпозитов с помощью просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции-лучей: сравнительное исследование».Журнал прикладной науки о полимерах, 87(8), 1329-1338.
