Progettazione della formula per MCA e ipofosfito di alluminio (AHP) nel rivestimento del separatore per la resistenza alla fiamma

Progettazione della formula per MCA e ipofosfito di alluminio (AHP) nel rivestimento del separatore per la resistenza alla fiamma

In base ai requisiti specifici dell'utente per i rivestimenti separatori ignifughi, le caratteristiche diCianurato di melammina (MCA)EIpofosfito di alluminio (AHP)vengono analizzati come segue:

1. Compatibilità con i sistemi di fanghi

• MCA:
• Sistemi acquosi:Richiede una modifica della superficie (ad esempio, agenti di accoppiamento silanici o tensioattivi) per migliorare la disperdibilità; in caso contrario, potrebbe verificarsi agglomerazione.
• Sistemi NMP:Può presentare un leggero rigonfiamento nei solventi polari (si consiglia di testare la velocità di rigonfiamento dopo 7 giorni di immersione).
• AHP:
• Sistemi acquosi:Buona disperdibilità, ma è necessario controllare il pH (le condizioni acide possono causare idrolisi).
• Sistemi NMP:Elevata stabilità chimica con rischio minimo di rigonfiamento.
  Conclusione:AHP mostra una migliore compatibilità, mentre MCA richiede modifiche.

2. Adattabilità delle dimensioni delle particelle e del processo di rivestimento

• MCA:
• D50 originale: ~1–2 μm; richiede la macinazione (ad esempio, macinazione a sabbia) per ridurre le dimensioni delle particelle, ma può danneggiare la sua struttura stratificata, influenzando l'efficacia ignifuga.
• L'uniformità post-macinazione deve essere verificata (osservazione SEM).
• AHP:
• D50 originale: in genere ≤5 μm; è possibile ottenere una macinazione fino a D50 0,5 μm/D90 1 μm (una macinazione eccessiva può causare picchi di viscosità della sospensione).
  Conclusione:L'MCA presenta una migliore adattabilità delle dimensioni delle particelle con un rischio di processo inferiore.

3. Adesione e resistenza all'abrasione

• MCA:
• La bassa polarità comporta una scarsa adesione con i film separatori PE/PP; richiede il 5-10% di leganti a base acrilica (ad esempio, PVDF-HFP).
• Un coefficiente di attrito elevato potrebbe richiedere l'aggiunta di 0,5-1% di nano-SiO₂ per migliorare la resistenza all'usura.
• AHP:
• I gruppi idrossilici superficiali formano legami idrogeno con il separatore, migliorando l'adesione, ma sono ancora necessari il 3-5% di leganti poliuretanici.
• Una durezza più elevata (Mohs ~3) può causare il distacco di microparticelle in caso di attrito prolungato (richiede test ciclici).
  Conclusione:L'AHP offre prestazioni complessive migliori, ma richiede l'ottimizzazione del legante.

4. Stabilità termica e proprietà di decomposizione

• MCA:
• Temperatura di decomposizione: 260–310 °C; non può generare gas a 120–150 °C, potenzialmente non riuscendo a sopprimere la fuga termica.
• AHP:
• Temperatura di decomposizione: 280–310°C, insufficiente anche per la generazione di gas a bassa temperatura.
  Problema chiave:Entrambi si decompongono al di sopra dell'intervallo target (120–150°C).Soluzioni:
• Introdurre sinergici a bassa temperatura (ad esempio, fosforo rosso microincapsulato, intervallo di decomposizione: 150–200 °C) o polifosfato di ammonio modificato (APP, rivestito per regolare la decomposizione a 140–180 °C).
• Progetta unComposito MCA/APP (rapporto 6:4)per sfruttare la generazione di gas a bassa temperatura dell'APP + l'inibizione della fiamma in fase gassosa dell'MCA.

5. Resistenza elettrochimica e alla corrosione

• MCA:
• La melammina libera residua, ma elettrochimicamente inerte (purezza richiesta ≥99,5%) può catalizzare la decomposizione dell'elettrolita.
• AHP:
• Le impurità acide (ad esempio, H₃PO₂) devono essere ridotte al minimo (test ICP: ioni metallici ≤10 ppm) per evitare di accelerare l'idrolisi di LiPF₆.
  Conclusione:Entrambi richiedono un'elevata purezza (≥99%), ma l'MCA è più facile da purificare.

Proposta di soluzione completa

1. Selezione primaria del ritardante di fiamma:

• Preferito:AHP (disperdibilità/adesione bilanciata) + sinergizzante a bassa temperatura (ad esempio, fosforo rosso microincapsulato al 5%).
• Alternativa:MCA modificato (innestato su substrato carbossilico per dispersione acquosa) + sinergizzante APP.

1. Ottimizzazione dei processi:

• Formula della sospensione:AHP (90%) + legante poliuretanico (7%) + agente bagnante (BYK-346, 0,5%) + antischiuma (2%).
• Parametri di macinazione:Mulino a sabbia con sfere di ZrO₂ da 0,3 mm, 2000 giri/min, 2 h (obiettivo D90 ≤1 μm).

1. Test di convalida:

• Decomposizione termica:TGA (perdita di peso <1% a 120°C/2h; produzione di gas a 150°C/30min tramite GC-MS).
• Stabilità elettrochimica:Osservazione SEM dopo 30 giorni di immersione in 1M LiPF₆ EC/DMC a 60°C.

Raccomandazione finale

Né MCA né AHP da soli soddisfano tutti i requisiti.sistema ibridoè consigliato:

• AHP (matrice)+fosforo rosso microincapsulato (generatore di gas a bassa temperatura)+nano-SiO₂(resistenza all'abrasione).
• Abbinare a una resina acquosa ad alta adesione (ad esempio, emulsione composita acrilica-epossidica) e ottimizzare la modifica della superficie per la stabilità della dispersione/dimensione delle particelle.
  Ulteriori testè necessario per convalidare la sinergia termo-elettrochimica.