Diseño de fórmulas para MCA e hipofosfito de aluminio (AHP) en el recubrimiento separador para resistencia a la llama

Diseño de fórmulas para MCA e hipofosfito de aluminio (AHP) en el recubrimiento separador para resistencia a la llama

En función de los requisitos específicos del usuario para los recubrimientos separadores retardantes de llama, las características deCianurato de melamina (MCA)yHipofosfito de aluminio (AHP)se analizan de la siguiente manera:

1. Compatibilidad con sistemas de purines

• MCA:
• Sistemas acuosos:Requiere modificación de la superficie (por ejemplo, agentes de acoplamiento de silano o surfactantes) para mejorar la dispersabilidad; de lo contrario, puede ocurrir aglomeración.
• Sistemas NMP:Puede presentar una ligera hinchazón en solventes polares (recomendado: probar la tasa de hinchazón después de 7 días de inmersión).
• AHP:
• Sistemas acuosos:Buena dispersabilidad, pero el pH debe controlarse (las condiciones ácidas pueden causar hidrólisis).
• Sistemas NMP:Alta estabilidad química con mínimo riesgo de hinchamiento.
  Conclusión:AHP muestra una mejor compatibilidad, mientras que MCA requiere modificación.

2. Tamaño de partículas y adaptabilidad del proceso de recubrimiento

• MCA:
• D50 original: ~1–2 μm; requiere molienda (por ejemplo, molienda con arena) para reducir el tamaño de partícula, pero puede dañar su estructura en capas, lo que afecta la eficiencia retardante de llama.
• Se debe verificar la uniformidad posterior a la molienda (observación SEM).
• AHP:
• D50 original: típicamente ≤5 μm; se puede lograr una molienda a D50 0,5 μm/D90 1 μm (una molienda excesiva puede provocar picos de viscosidad en la suspensión).
  Conclusión:El MCA tiene una mejor adaptabilidad del tamaño de partícula con un menor riesgo de proceso.

3. Adhesión y resistencia a la abrasión

• MCA:
• La baja polaridad produce una mala adhesión con las películas separadoras de PE/PP; requiere entre un 5 y un 10 % de aglutinantes a base de acrílico (por ejemplo, PVDF-HFP).
• Un coeficiente de fricción alto puede requerir agregar entre 0,5 y 1 % de nano-SiO₂ para mejorar la resistencia al desgaste.
• AHP:
• Los grupos hidroxilo de la superficie forman enlaces de hidrógeno con el separador, lo que mejora la adhesión, pero todavía se necesitan entre un 3 y un 5 % de aglutinantes de poliuretano.
• Una dureza mayor (Mohs ~3) puede provocar desprendimiento de micropartículas bajo fricción prolongada (requiere pruebas cíclicas).
  Conclusión:AHP ofrece un mejor rendimiento general pero requiere optimización del aglutinante.

4. Estabilidad térmica y propiedades de descomposición

• MCA:
• Temperatura de descomposición: 260–310 °C; no se puede generar gas a 120–150 °C, por lo que potencialmente no se puede suprimir el descontrol térmico.
• AHP:
• Temperatura de descomposición: 280–310 °C, también insuficiente para la generación de gas a baja temperatura.
  Cuestión clave:Ambos se descomponen por encima del rango objetivo (120–150 °C).Soluciones:
• Introducir sinergistas de baja temperatura (por ejemplo, fósforo rojo microencapsulado, rango de descomposición: 150–200 °C) o polifosfato de amonio modificado (APP, recubierto para ajustar la descomposición a 140–180 °C).
• Diseñar unCompuesto MCA/APP (relación 6:4)para aprovechar la generación de gas a baja temperatura de APP + la inhibición de llama en fase gaseosa de MCA.

5. Resistencia electroquímica y a la corrosión

• MCA:
• Electroquímicamente inerte, pero la melamina libre residual (pureza ≥99,5 % requerida) puede catalizar la descomposición del electrolito.
• AHP:
• Las impurezas ácidas (por ejemplo, H₃PO₂) deben minimizarse (prueba ICP: iones metálicos ≤10 ppm) para evitar acelerar la hidrólisis de LiPF₆.
  Conclusión:Ambos requieren alta pureza (≥99%), pero el MCA es más fácil de purificar.

Propuesta de solución integral

1. Selección de retardante de llama primario:

• Privilegiado:AHP (dispersibilidad/adhesión equilibrada) + sinergista de baja temperatura (por ejemplo, fósforo rojo microencapsulado al 5%).
• Alternativa:Sinergista MCA modificado (injertado con carboxilo para dispersión acuosa) + APP.

1. Optimización de procesos:

• Fórmula de la suspensión:AHP (90%) + aglutinante de poliuretano (7%) + agente humectante (BYK-346, 0,5%) + antiespumante (2%).
• Parámetros de molienda:Molino de arena con perlas de ZrO₂ de 0,3 mm, 2000 rpm, 2 h (objetivo D90 ≤1 μm).

1. Pruebas de validación:

• Descomposición térmica:TGA (pérdida de peso <1% a 120°C/2h; salida de gas a 150°C/30min vía GC-MS).
• Estabilidad electroquímica:Observación SEM después de 30 días de inmersión en 1M LiPF₆ EC/DMC a 60°C.

Recomendación final

Ni MCA ni AHP por sí solos cumplen todos los requisitos.sistema híbridoSe aconseja:

• AHP (matriz)+fósforo rojo microencapsulado (generador de gas de baja temperatura)+nano-SiO₂(resistencia a la abrasión).
• Combínelo con una resina acuosa de alta adhesión (por ejemplo, emulsión compuesta de acrílico y epoxi) y optimice la modificación de la superficie para lograr la estabilidad de la dispersión/tamaño de partícula.
  Más pruebasEs necesario validar la sinergia termo-electroquímica.