Rezepturentwicklung für MCA und Aluminiumhypophosphit (AHP) in Separatorbeschichtungen zur Flammschutzbehandlung

Rezepturentwicklung für MCA und Aluminiumhypophosphit (AHP) in Separatorbeschichtungen zur Flammschutzbehandlung

Basierend auf den spezifischen Anforderungen des Anwenders an flammhemmende Separatorbeschichtungen werden die Eigenschaften vonMelamincyanurat (MCA)UndAluminiumhypophosphit (AHP)werden wie folgt analysiert:

1. Kompatibilität mit Schlammsystemen

• MCA:
• Wassersysteme:Zur Verbesserung der Dispergierbarkeit ist eine Oberflächenmodifizierung erforderlich (z. B. Silan-Haftvermittler oder Tenside); andernfalls kann es zur Agglomeration kommen.
• NMP-Systeme:Kann in polaren Lösungsmitteln ein leichtes Quellen aufweisen (Empfehlung: Quellungsrate nach 7-tägigem Eintauchen testen).
• AHP:
• Wassersysteme:Gute Dispergierbarkeit, aber der pH-Wert muss kontrolliert werden (saure Bedingungen können zu Hydrolyse führen).
• NMP-Systeme:Hohe chemische Stabilität bei minimalem Quellungsrisiko.
  Abschluss:AHP weist eine bessere Kompatibilität auf, während MCA eine Anpassung erfordert.

2. Anpassungsfähigkeit an Partikelgröße und Beschichtungsprozess

• MCA:
• Ursprünglicher D50-Wert: ~1–2 μm; erfordert Mahlen (z. B. Sandmahlen), um die Partikelgröße zu reduzieren, kann jedoch die Schichtstruktur beschädigen und dadurch die Flammschutzwirkung beeinträchtigen.
• Die Gleichmäßigkeit nach dem Mahlen muss überprüft werden (REM-Beobachtung).
• AHP:
• Ursprünglicher D50-Wert: Typischerweise ≤5 μm; Vermahlen auf D50 0,5 μm/D90 1 μm ist möglich (übermäßiges Vermahlen kann zu Viskositätsspitzen in der Suspension führen).
  Abschluss:MCA bietet eine bessere Anpassungsfähigkeit an die Partikelgröße bei geringerem Prozessrisiko.

3. Haftung und Abriebfestigkeit

• MCA:
• Niedrige Polarität führt zu schlechter Haftung an PE/PP-Separatorfolien; erfordert 5–10% Acryl-basierte Bindemittel (z. B. PVDF-HFP).
• Ein hoher Reibungskoeffizient kann die Zugabe von 0,5–1 % Nano-SiO₂ erforderlich machen, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
• AHP:
• Oberflächenhydroxylgruppen bilden Wasserstoffbrückenbindungen mit dem Separator, wodurch die Haftung verbessert wird, aber es werden immer noch 3–5 % Polyurethanbindemittel benötigt.
• Eine höhere Härte (Mohs ~3) kann bei längerer Reibung zu Mikropartikelablösung führen (erfordert zyklische Tests).
  Abschluss:AHP bietet eine insgesamt bessere Leistung, erfordert jedoch eine Optimierung des Bindemittels.

4. Thermische Stabilität und Zersetzungseigenschaften

• MCA:
• Zersetzungstemperatur: 260–310°C; kann bei 120–150°C kein Gas erzeugen, wodurch ein thermisches Durchgehen möglicherweise nicht unterdrückt werden kann.
• AHP:
• Zersetzungstemperatur: 280–310°C, auch nicht ausreichend für die Erzeugung von Niedertemperaturgasen.
  Kernfrage:Beide zersetzen sich oberhalb des Zieltemperaturbereichs (120–150°C).Lösungen:
• Führen Sie Niedertemperatur-Synergisten ein (z. B. mikroverkapselter roter Phosphor, Zersetzungsbereich: 150–200 °C) oder modifiziertes Ammoniumpolyphosphat (APP, beschichtet, um die Zersetzung auf 140–180 °C einzustellen).
• Entwerfen Sie einMCA/APP-Verbundmaterial (Verhältnis 6:4)um die Niedertemperatur-Gaserzeugung von APP und die Gasphasen-Flammenhemmung von MCA optimal zu nutzen.

5. Elektrochemische und Korrosionsbeständigkeit

• MCA:
• Elektrochemisch inert, jedoch kann restliches freies Melamin (Reinheit ≥99,5% erforderlich) die Elektrolytzersetzung katalysieren.
• AHP:
• Saure Verunreinigungen (z. B. H₃PO₂) müssen minimiert werden (ICP-Test: Metallionen ≤ 10 ppm), um eine Beschleunigung der LiPF₆-Hydrolyse zu vermeiden.
  Abschluss:Beide erfordern eine hohe Reinheit (≥99%), aber MCA ist leichter zu reinigen.

Umfassender Lösungsvorschlag

1. Auswahl des primären Flammschutzmittels:

• Bevorzugt:AHP (ausgewogene Dispergierbarkeit/Adhäsion) + Niedertemperatur-Synergist (z. B. 5 % mikroverkapselter roter Phosphor).
• Alternative:Modifiziertes MCA (Carboxyl-gepfropft für wässrige Dispersion) + APP-Synergist.

1. Prozessoptimierung:

• Schlammrezeptur:AHP (90%) + Polyurethanbindemittel (7%) + Netzmittel (BYK-346, 0,5%) + Entschäumer (2%).
• Schleifparameter:Sandmühle mit 0,3 mm ZrO₂-Kugeln, 2000 U/min, 2 h (Ziel D90 ≤1 μm).

1. Validierungstests:

• Thermische Zersetzung:TGA (Gewichtsverlust <1% bei 120°C/2h; Gasausstoß bei 150°C/30min via GC-MS).
• Elektrochemische Stabilität:SEM-Beobachtung nach 30-tägigem Eintauchen in 1M LiPF₆ EC/DMC bei 60°C.

Abschließende Empfehlung

Weder MCA noch AHP allein erfüllen alle Anforderungen.Hybridsystemwird empfohlen:

• AHP (Matrix)+mikroverkapselter roter Phosphor (Niedertemperatur-Gasgenerator)+nano-SiO₂(Abriebfestigkeit).
• Kombinieren Sie es mit einem hochadhäsiven wässrigen Harz (z. B. einer Acryl-Epoxid-Kompositemulsion) und optimieren Sie die Oberflächenmodifizierung hinsichtlich Partikelgrößen-/Dispersionsstabilität.
  Weitere Testsist erforderlich, um die thermisch-elektrochemische Synergie zu bestätigen.