Polipropilena (PP), sebagai salah satu dari lima plastik serba guna, banyak digunakan di berbagai industri. Namun, sifat PP yang mudah terbakar membatasi penerapannya dan menghambat pengembangan bahan lebih lanjut, sehingga masyarakat khawatir tentang modifikasi PP yang tahan api.
Bahan polimer adalah senyawa polimer yang mengandung unsur-unsur seperti karbon, hidrogen dan oksigen, yang sebagian besar mudah terbakar. Pembakaran bahan polimer merupakan rangkaian perubahan fisika dan reaksi kimia dari proses terpadu, yang menunjukkan fenomena khusus seperti peleburan dan pelunakan, perubahan volume. Proses pembakaran terdiri dari tiga langkah:
Pertama, reaksi dekomposisi termal menghasilkan molekul gas kecil, kemudian campuran gas mencapai kondisi pembakaran untuk memicu reaksi kimia yang hebat, dan terakhir, pembakaran cepat campuran gas yang mudah terbakar menghasilkan panas dalam jumlah besar, dan siklus reaksi berlanjut.
Karena PP memiliki indeks oksigen hanya 17.4, PP mudah terbakar dan menghasilkan panas dalam jumlah besar selama pembakaran, yang dapat dengan mudah menyebabkan kebakaran dan menimbulkan ancaman terhadap kehidupan dan harta benda. Dalam bidang elektronika dan peralatan listrik, sifat mudah terbakar dari PP membatasi penerapannya secara lebih luas, sehingga perlu dilakukan perlakuan tahan api pada bahan PP.
Mekanisme tahan api
Mekanisme tahan api terutama mencakup mekanisme penghentian reaksi berantai, mekanisme isolasi permukaan, dan mekanisme pertukaran panas terputus. Mekanisme penghentian reaksi berantai menghentikan reaksi pembakaran dengan mengonsumsi H2O yang dihasilkan selama proses pembakaran, mekanisme isolasi permukaan menghasilkan senyawa padat untuk menghalangi kontak udara, dan mekanisme pertukaran panas terputus menyerap panas pembakaran untuk mencapai pemadaman diri.
Karbon aktif dalam penghambat api logam hidroksida dapat secara efektif bergabung dengan magnesium hidroksida untuk mengurangi kemungkinan aglomerasi, meningkatkan kompatibilitas dengan matriks PP, dan meningkatkan ketahanan api material. Rasio dan derajat aktivasi penghambat api disesuaikan dengan menguji perubahan nilai penyerapan minyak, dan akhirnya ditemukan bahwa indeks oksigen pembatas mencapai nilai maksimum 28.9% ketika 25% berat karbon aktif yang dimodifikasi penghambat api magnesium hidroksida ditambahkan. ke PP.
Penghambat api logam hidroksida adalah aditif yang digunakan untuk meningkatkan ketahanan api bahan polipropilen (PP). Untuk lebih meningkatkan kekuatan mekanik material, para peneliti juga memasukkan poliolefin elastomer (POE) dan nanopartikel kalsium karbonat (CaCO3) ke dalamnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit PP yang dimodifikasi tidak hanya memiliki sifat tahan api yang sangat baik, namun juga menunjukkan kekuatan mekanik yang tinggi.
Penghambat api boron
Tahan api boron memainkan peran penting dalam komposit PP/BN@MGO. Karena struktur yang dienkapsulasi dan modifikasi alkilasi dari penghambat api, elemen karbon dapat diperkaya pada permukaan pengisi, yang meningkatkan afinitas dengan badan PP dan memungkinkannya terdistribusi secara merata dalam matriks PP.
Sementara itu, perlakuan modifikasi memiliki efek jalur zigzag dan stabilitas termal yang tinggi, sehingga menghasilkan material dengan koefisien muai panas yang rendah dan ketahanan api yang tinggi. Properti ini memungkinkan komposit PP/BN@MGO memiliki beragam aplikasi di bidang perangkat elektronik pembuangan panas yang efisien, peralatan rumah tangga, dan manajemen termal.
Selain itu, ketika APP/MCA-K-ZB tahan api boron ditambahkan pada 25% berat (rasio massa APP/MCA-K-ZB 3/1), komposit PP dapat mencapai peringkat V-0 dalam UL- 94 tes, sedangkan indeks oksigen pembatas mencapai 32.7%. Hasil uji analisis termogravimetri (TGA) dan pemindaian mikroskop elektron (SEM) menunjukkan bahwa penambahan APP/MCA-K-ZB dapat membentuk lapisan karbon grafit padat, yang secara efektif melindungi matriks PP di bawahnya dari pembakaran lebih lanjut, dan meningkatkan ketahanan termal material. stabilitas dan kemampuan pembentukan karbon.
Tahan api silikon
HNTs-Si dalam penghambat api silikon dapat mempertahankan struktur tabung asli dan memutar dengan rantai PP yang terdegradasi secara termal untuk membentuk lapisan karbon padat, yang secara efektif menghambat perpindahan panas, massa, dan asap selama pembakaran PP. Polisiloksan dapat mengurangi polaritas permukaan HNTs-Si, meningkatkan kompatibilitas dengan substrat PP, dan efek penghubung retak pada gilirannya meningkatkan keuletan komposit PP.
Selain itu, di antara penghambat api berbasis silika, nano-Sb2O3 dan OMMT dapat membentuk lapisan karbon padat setelah modifikasi, yang secara efektif meningkatkan stabilitas termal dan ketahanan api dari komposit berbasis PP. Nukleasi heterogen OMMT dan nano-Sb2O3 dalam matriks PP dapat meningkatkan kristalinitas dan kekuatan tarik material.
Penghambat api fosfor
Sorbitol dan amonium polifosfat dalam penghambat api fosfor dapat membentuk lapisan berkarbonisasi untuk menghambat perambatan panas dan meningkatkan ketahanan api material. Efek gabungan SPDEB dan amonium polifosfat dapat secara efektif meningkatkan ketahanan api bahan PP dan mengurangi emisi gas yang mudah terbakar.
Penghambat api berbasis nitrogen
MPP dan AP dalam penghambat api berbasis nitrogen dapat melepaskan gas yang tidak mudah terbakar dan zat yang mengandung fosfor, mengencerkan gas yang mudah terbakar di udara, dan bertindak sebagai pelindung gas, sehingga mengurangi pembakaran. Metode perakitan mandiri supramolekul dapat menggunakan ikatan non-kovalen untuk mensintesis senyawa dengan struktur tertentu, meningkatkan dispersi penghambat api dalam bahan, dan meningkatkan ketahanan api.
Tahan api intumescent
NiCo2O4 adalah penghambat api intumescent dengan keunggulan morfologi yang dapat dikontrol, luas permukaan spesifik yang besar, banyak situs aktif, dan metode preparasi yang mudah dan beragam. Sebagai senyawa berbasis nikel, ia menunjukkan kemampuan katalitik karbon yang sangat baik, yang mengurangi produk pembakaran dan meningkatkan ketahanan api material.
Keunggulan ini terutama berasal dari peran ion Ni+ di dalamnya, yang dapat mempercepat dekomposisi termal polietilen akrilat (PER), meningkatkan penghangusan amonium polifosfat, dan mendorong pembentukan lapisan arang yang diperluas pada polipropilena (PP)/tahan api intumescent. sistem. Sementara itu, oksida bimetalik stabil pada suhu tinggi dan memiliki kemampuan katalitik yang kuat, yang membantu membuat komposit PP/expanded flame retardant membentuk lapisan arang yang padat dan seragam serta meningkatkan stabilitas termal lapisan arang dan residu arang.
Selain itu, struktur NiCo2O4 yang seperti bunga memiliki banyak lipatan di permukaan dan area kontak yang besar dan kasar dengan polimer, sehingga meningkatkan ikatan. Struktur seperti bunga ini memiliki stabilitas yang kuat, yang membantu menghindari kerusakan selama pemrosesan dan menjaga keutuhan struktur. Selama proses pembakaran, zat pembentuk arang dapat dipasang di antara struktur seperti bunga, yang meningkatkan stabilitas lapisan arang dan secara efektif berperan sebagai penghalang untuk mencapai ketahanan api dan perlindungan substrat.
Selain NiCo2O4, ada sejumlah komponen penting lainnya yang berperan penting dalam efek penghambat api. OS-MCAPP yang diolah dengan gel SiO2 bertindak sebagai sumber gas dan asam serta membantu PP membentuk lapisan arang pelindung yang melindungi matriks PP dari dekomposisi lebih lanjut. PEIC, sebagai sumber arang yang sangat baik, memainkan peran penting dalam pembentukan arang yang diperluas berkualitas tinggi dan memfasilitasi perolehan komposit tahan api.
PPA-C bereaksi dengan PER selama pembakaran untuk membentuk ikatan POC dan ikatan PC, yang berkontribusi pada pembentukan lapisan arang yang hampir bebas cacat. Selain itu, PPA-C dapat menyebabkan PP terurai secara termal lebih awal dan menghasilkan lebih banyak residu arang pada suhu yang lebih tinggi. Terdapat sinergi yang baik antara PPA-C dan PER, dan ketahanan api sistem PPA-C/PER lebih unggul dibandingkan sistem APP/PER konvensional. Ketika kandungan PPA-C/PER (3:1) mencapai 18% berat, material komposit PP/intumescent tahan api mencapai peringkat V-0 melalui pengujian UL-94, dan indeks oksigen ultimat dapat mencapai 28.8%.
Bahan PP tahan api untuk aplikasi pengemasan
Plastik PP memiliki kepadatan yang rendah, transparansi yang baik, tidak beracun dan tidak berbau, pengolahan dan pencetakan mudah, harga murah dan karakteristik lainnya sehingga memiliki potensi yang sangat besar untuk diaplikasikan di bidang pengemasan. Namun, kelemahan plastik PP seperti mudah terbakar dan ketahanan suhu tinggi yang buruk telah membatasi perkembangannya di bidang pengemasan. Oleh karena itu, dalam beberapa tahun terakhir, banyak ilmuwan yang mengabdikan diri untuk mempelajari bahan kemasan PP dengan sifat tahan api yang tinggi.
Tempat aki mobil
Baterai adalah salah satu komponen kunci kendaraan energi baru, sehingga casing baterai yang melindungi baterai dengan aman sangatlah penting. Kemasan baterai tradisional sebagian besar menggunakan bahan logam dan bahan sheet moulding compound (SMC), namun kompleksitas dan kepadatan proses pencetakan bahan-bahan ini mempengaruhi bobot kendaraan energi baru. Oleh karena itu, perhatian diberikan pada material PP dengan kepadatan rendah dan ketahanan benturan yang baik.
Bahan PP dengan sifat tahan api dibuat dari matriks resin PP, sistem kompleks amonium polifosfat/triazin sebagai penghambat api, kopolimer etilen-oktena, elastomer berbasis propilena, dan perekat EPDM sebagai bahan pengeras digunakan dalam rumah baterai mobil energi baru. Bahan PP ini mempertahankan kepadatan rendah dan memiliki sifat tahan api dan kekuatan benturan yang baik, serta sifat penyegelan dan kedap air yang baik.
Kemasan komponen
Komposit PP/MHSH/Al2O3/NP dibuat dengan metode pencampuran leleh dengan memodifikasi alkali magnesium sulfat kumis (MHSH) dan alumina (Al2O3) dengan bahan pengikat silang KH-550, dan menambahkan penghambat api kompleks nitrogen-fosfor dan matriks PP, dan diproses lebih lanjut menjadi film.
Penghambat api kompleks nitrogen-fosfor tidak hanya mendorong pembentukan lapisan karbon yang diperluas dalam matriks PP pada suhu tinggi, tetapi juga bereaksi dengan MHSH untuk menghasilkan garam magnesium fosfat, yang meningkatkan kekuatan lapisan karbon yang diperluas. Penambahan Al2O3 meningkatkan konduktivitas termal material, sehingga panas internal dengan cepat dipindahkan ke permukaan, yang berfungsi sebagai pembuangan panas dan meningkatkan ketahanan panas. Selain itu, MHSH dan Al2O3 bertindak sebagai pengisi kaku untuk meningkatkan sifat mekanik film komposit PP/MHSH/Al2O3/NP. Oleh karena itu, film komposit PP/MHSH/Al2O3/NP memiliki sifat tahan api yang sangat baik dan kekuatan mekanik yang tinggi.
Makanan kontainer
Komposit PP dengan sifat tahan api yang tinggi dibuat dengan pencampuran lelehan IFR yang terdiri dari amonium polifosfat, bahan pembentuk karbon triazin dan ko-efektor dengan kotak makan siang polipropilen daur ulang yang diolah dengan bersih, menunjukkan potensi daur ulang kotak makan siang PP.
Masalah dengan ketahanan api PP
Meskipun semakin banyak orang mulai mempelajari komposit PP tahan api, saat ini terdapat beberapa masalah:
1. aditif tahan api, kompatibilitas buruk dengan matriks, mempengaruhi sifat mekanik material;
2. Bahan penghambat api yang efisien sebagian besar mengandung halogen dan tidak memenuhi persyaratan lingkungan;
3. Bahan penghambat api mahal, sehingga meningkatkan biaya produksi.
Penafian: Informasi yang diuraikan di atas disediakan oleh Industri Plastik Shanghai Qishen independen dari Chovm.com. Chovm.com tidak membuat pernyataan dan jaminan mengenai kualitas dan keandalan penjual dan produk.
