Hebei Messi Biology Co., Ltd. stellt fest, dass Magnesiumhydroxid – ein halogenfreies, umweltfreundliches Flammschutzmittel – aufgrund seiner hohen thermischen Zersetzungstemperatur, seiner rauchmindernden Eigenschaften und der Freisetzung ungiftiger Zersetzungsprodukte im Bereich der Polymermaterialien weit verbreitet ist und vielversprechende Marktchancen bietet.
In dieser Studie wurde Magnesiumhydroxid in wässriger Phase mittels eines Silan-Haftvermittlers oberflächenmodifiziert. Der Einfluss der Struktur des Haftvermittlers und der Modifikationsbedingungen auf das Modifikationsergebnis wurde durch Messungen des Aktivierungsindex sowie mittels REM, TEM, FT-IR und TG analysiert. Anschließend wurde das Magnesiumhydroxid durch In-situ-Polymerisation mit Harnstoff-Formaldehyd-Harz und Polystyrol verkapselt; die Qualität der Verkapselung wurde ebenfalls mittels REM, TEM, FT-IR und TG charakterisiert. Schließlich wurde das modifizierte Magnesiumhydroxid in Polypropylen (PP) eingearbeitet, und die Auswirkungen von Füllstoffgehalt, Oberflächenmodifikation und Partikelgröße auf die Eigenschaften des MH/PP-Systems wurden anhand von Tests zur Flammwidrigkeit und zu den mechanischen Eigenschaften bewertet.
Dabei wurden folgende Schlussfolgerungen gezogen:
(1) Die Modifikation von Magnesiumhydroxid technischer Qualität mit einem Silan-Haftvermittler in einem wässrigen System bei Raumtemperatur erhöht die Hydrophobie der Oberfläche, wodurch die Dispergierbarkeit des Materials und dessen Verträglichkeit mit der Polymermatrix verbessert werden. Der Haftvermittler *n*-Dodecyltrimethoxysilan zeigt eine gute Stabilität in der wässrigen Phase und umhüllt die Oberfläche des Magnesiumhydroxids wirksam, wodurch eine hervorragende organische Modifikation erzielt wird. Mit diesem modifizierten Magnesiumhydroxid gefüllte Polypropylen-Verbundwerkstoffe wiesen im Vergleich zu solchen mit unbehandeltem Füllstoff eine um 53,5 % höhere Schlagzähigkeit und eine siebenfach höhere Bruchdehnung auf. Als optimale Modifikationsbedingungen wurden ermittelt: eine Temperatur von 85 °C, eine Dosierung von 0,8 Gew.-% und eine Modifikationsdauer von 60 Minuten.
(2) Durch In-situ-Polymerisation konnte Magnesiumhydroxid erfolgreich mit Harnstoff-Formaldehyd-Harz verkapselt werden, wodurch Verbundpartikel aus Magnesiumhydroxid und Harnstoff-Formaldehyd-Harz mit einer Schichtdicke von 80–100 nm entstanden. Die optimal beschichteten Partikel wurden unter Verwendung eines Rohstoffverhältnisses von 5 g Magnesiumhydroxid zu 10,1 g Harnstoff und 27,8 ml einer 36-prozentigen Formaldehydlösung hergestellt, wobei der pH-Wert der Reaktion zwischen 7 und 8 gehalten, die Temperatur auf 70–80 °C eingestellt und SMA als Emulgator eingesetzt wurde. Nach einem ähnlichen Verfahren wurden mit Polystyrol beschichtete Magnesiumhydroxid-Partikel hergestellt; die Ergebnisse zeigten, dass die polystyrolbeschichteten Magnesiumhydroxid-Partikel eine gute Dispergierung, eine moderate Schichtdicke und eine wirksame Hüllenbildung aufwiesen.
(3) Bei Polypropylen (PP)-Materialien verbesserte eine Erhöhung des Magnesiumhydroxid-Gehalts zwar kontinuierlich die Flammwidrigkeit, führte jedoch zu einer Verschlechterung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften; die mechanische Leistungsfähigkeit nahm bei einem Füllgrad von über 40 % stark ab. Bei einem Füllgrad von 50 % zeigte silanisiertes Magnesiumhydroxid eine gute Dispergierung in der PP-Matrix, wobei die Partikelgröße sowohl die Flammwidrigkeit als auch die mechanischen Eigenschaften maßgeblich beeinflusste. Insbesondere die Sorte MH-3 (Partikelgröße 800 nm) beeinträchtigte die mechanischen Eigenschaften des PP am wenigsten, während Magnesiumhydroxid mit Partikelgrößenverteilungen im Bereich von 150 nm oder über 800 nm eine überlegene flammhemmende Wirkung zeigte.