Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Nano-Magnesiumhydroxid eine hervorragende Dispergierbarkeit in Kautschukmatrizen aufweist. Im Fokus dieser Studie steht eine neuartige Form von Nano-Magnesiumhydroxid-Pulver; dabei werden zunächst die wesentlichen Faktoren untersucht, die die Dispersion solcher Nanopulver in Kautschukmatrizen beeinflussen. Mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) wurde der Dispersionszustand des Nano-Magnesiumhydroxid-Pulvers in Kautschukmatrizen unterschiedlicher Viskosität und Polarität analysiert – konkret in Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Silikonkautschuk.
Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Viskosität der Polymermatrix als auch die Kompatibilität der Oberflächenenergien zwischen Polymermatrix und Nanopulver den endgültigen Dispersionszustand maßgeblich beeinflussen, wobei der Kompatibilität der Oberflächenenergien eine besonders entscheidende Rolle zukommt. Durch die Verknüpfung bestehender, dem aktuellen Stand der Technik entsprechender Dispersionsmodelle mit den Erkenntnissen dieser Studie wurde ein modifiziertes Modell entwickelt, das den Einfluss der Oberflächenenergie-Kompatibilität auf die Dispersion von Nanopulvern berücksichtigt; dieses Modell kann die experimentell beobachteten Ergebnisse schlüssig erklären.
Des Weiteren wurde die Netzwerkstruktur (Payne-Effekt) des Nano-Magnesiumhydroxid-Pulvers in den vier genannten Kautschukmatrizen mittels „Rubber Process Analysis“ (RPA) untersucht. In Kombination mit den REM- und TEM-Beobachtungen wurde ein Strukturmodell für die Dispersion von Nanopulvern in Kautschuk aufgestellt. Eine höhere Viskosität der Polymermatrix sowie eine bessere Kompatibilität der Oberflächenenergien führen zu einer feineren Dispersion des Nanopulvers, was die Bildung eines flexiblen Netzwerks begünstigt (gekennzeichnet durch eine hohe Anzahl an Verknüpfungspunkten, die aus fixierten Polymerketten oder kleinen Nanopartikeln bestehen). Umgekehrt führen eine geringere Viskosität der Matrix und eine schlechtere Kompatibilität der Oberflächenenergien bei niedrigen Füllgraden zur Bildung großer Aggregate und lediglich begrenzter, lokaler Netzwerkstrukturen. Bei hohen Füllgraden begünstigen diese Bedingungen die Ausbildung eines groben, robusten Netzwerks, das primär aus großen Aggregaten besteht (gekennzeichnet durch weniger Verknüpfungspunkte, die als „hochsteife“ Verbindungen fungieren).
Abschließend wurden die mechanischen Eigenschaften sowie das Flammschutzverhalten der Nano-Magnesiumhydroxid/Kautschuk-Verbundwerkstoffe bewertet. Die Studie untersuchte zudem die Struktur und das Leistungsvermögen von Mg(OH)₂/EPDM-Verbundwerkstoffen mit unterschiedlichen Partikelgrößen und verglich diese Ergebnisse mit den mechanischen sowie flammhemmenden Eigenschaften von Al(OH)₃/EPDM-Verbundwerkstoffen. Eine bessere Dispergierung von Nanopulvern führt zu einer stärkeren Wechselwirkung an der Grenzfläche zur Matrix, was wiederum die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs verbessert. Durch eine Oberflächenbehandlung lässt sich die Dispergierung der Nanopulver deutlich optimieren und die Grenzflächenwechselwirkung verstärken, wodurch die Festigkeit des Verbundwerkstoffs zunimmt. Die Partikelgröße hat einen maßgeblichen Einfluss sowohl auf die mechanischen als auch auf die flammhemmenden Eigenschaften des Verbundwerkstoffs; kleinere Partikelgrößen führen zu einer überlegenen mechanischen und flammhemmenden Leistungsfähigkeit.