Polipropilene (PP), essendo una delle cinque materie plastiche per uso generale, è ampiamente utilizzata in vari settori. Tuttavia, la proprietà infiammabile del PP ne limita l’applicazione e ostacola l’ulteriore sviluppo del materiale, quindi le persone sono preoccupate per la modifica ritardante di fiamma del PP.
I materiali polimerici sono composti polimerici contenenti elementi come carbonio, idrogeno e ossigeno, la maggior parte dei quali sono combustibili. La combustione dei materiali polimerici è una serie di cambiamenti fisici e reazioni chimiche del processo integrato, che mostrano fenomeni speciali come fusione e rammollimento, variazioni di volume. Il processo di combustione si compone di tre fasi:
Innanzitutto, la reazione di decomposizione termica produce piccole molecole di gas, poi la miscela di gas raggiunge le condizioni di combustione per innescare una violenta reazione chimica e, infine, la rapida combustione della miscela di gas combustibile produce una grande quantità di calore e il ciclo di reazione continua.
Poiché il PP ha un indice di ossigeno di solo 17.4, è infiammabile e genera una grande quantità di calore durante la combustione, che può facilmente provocare incendi e rappresentare una minaccia per la vita e le cose. Nel campo dell'elettronica e degli apparecchi elettrici, l'infiammabilità del PP ne limita l'applicazione più ampia, quindi è necessario effettuare un trattamento ignifugo per i materiali in PP.
Meccanismo ritardante di fiamma
Il meccanismo ritardante di fiamma comprende principalmente un meccanismo di terminazione della reazione a catena, un meccanismo di isolamento superficiale e un meccanismo di scambio termico interrotto. Il meccanismo di terminazione della reazione a catena termina la reazione di combustione consumando H O prodotta durante il processo di combustione, il meccanismo di isolamento superficiale genera composti solidi per bloccare il contatto con l'aria e il meccanismo di scambio termico interrotto assorbe il calore della combustione per ottenere l'autoestinzione.
Il carbone attivo nel ritardante di fiamma a base di idrossido di metallo può combinarsi efficacemente con l'idrossido di magnesio per ridurre la possibilità di agglomerazione, migliorare la compatibilità con la matrice PP e migliorare il ritardo di fiamma del materiale. Il rapporto e il grado di attivazione del ritardante di fiamma sono stati regolati testando la variazione del valore di assorbimento dell'olio e alla fine si è scoperto che l'indice limite di ossigeno raggiungeva un valore massimo del 28.9% quando veniva aggiunto il 25% in peso di ritardante di fiamma di idrossido di magnesio modificato con carbone attivo a P.P.
I ritardanti di fiamma a base di idrossido di metallo sono additivi utilizzati per migliorare il ritardo di fiamma dei materiali in polipropilene (PP). Per migliorare ulteriormente la resistenza meccanica del materiale, i ricercatori hanno introdotto al suo interno anche elastomero poliolefinico (POE) e nanoparticelle di carbonato di calcio (CaCO3). I risultati hanno mostrato che i compositi PP modificati non solo possedevano eccellenti proprietà ritardanti di fiamma, ma mostravano anche un’elevata resistenza meccanica.
Ritardanti di fiamma al boro
I ritardanti di fiamma al boro svolgono un ruolo importante nei compositi PP/BN@MGO. Grazie alla struttura incapsulata e alla modifica dell'alchilazione del ritardante di fiamma BN@MGO, l'elemento di carbonio può essere arricchito sulla superficie del riempitivo, il che migliora l'affinità con il corpo del PP e consente di distribuirlo uniformemente nella matrice del PP.
Nel frattempo, il BN@MGO trattato modificato ha un effetto del percorso a zigzag e un'elevata stabilità termica, che si traduce in un materiale con un basso coefficiente di dilatazione termica e un elevato ritardo di fiamma. Queste proprietà consentono ai compositi PP/BN@MGO di avere un'ampia gamma di applicazioni nei campi dei dispositivi elettronici per un'efficiente dissipazione del calore, degli elettrodomestici e della gestione termica.
Inoltre, quando il ritardante di fiamma al boro APP/MCA-K-ZB è stato aggiunto al 25% in peso (rapporto di massa APP/MCA-K-ZB di 3/1), il composito PP ha potuto raggiungere la classificazione V-0 in UL- 94 test, mentre l'indice limite di ossigeno era pari al 32.7%. I risultati dei test di analisi termogravimetrica (TGA) e di microscopia elettronica a scansione (SEM) mostrano che l'aggiunta di APP/MCA-K-ZB può formare uno strato denso di carbonio di grafite, che protegge efficacemente la matrice PP sottostante da ulteriore combustione e migliora la resistenza termica del materiale. stabilità e capacità di formazione di carbonio.
Ritardanti di fiamma al silicio
Gli HNT-Si nei ritardanti di fiamma siliconici possono mantenere la struttura tubolare originale e torcersi con la catena di PP degradata termicamente per formare uno strato di carbonio denso, che inibisce efficacemente il trasferimento di calore, massa e fumo durante la combustione del PP. Il polisilossano può ridurre la polarità della superficie degli HNT-Si, aumentando la compatibilità con il substrato in PP, e l'effetto crack bridging a sua volta migliora la duttilità dei compositi in PP.
Inoltre, tra i ritardanti di fiamma a base di silice, nano-Sb2O3 e OMMT possono formare uno strato denso di carbonio dopo la modifica, che migliora efficacemente la stabilità termica e il ritardo di fiamma dei compositi a base di PP. La nucleazione eterogenea di OMMT e nano-Sb2O3 nella matrice PP può migliorare la cristallinità e la resistenza alla trazione dei materiali.
Ritardanti di fiamma al fosforo
Il sorbitolo e il polifosfato di ammonio nei ritardanti di fiamma al fosforo possono formare uno strato carbonizzato per ritardare la propagazione del calore e migliorare la proprietà ignifuga del materiale. L'effetto combinato di SPDEB e polifosfato di ammonio può migliorare efficacemente il ritardo di fiamma dei materiali PP e ridurre l'emissione di gas infiammabili.
Ritardanti di fiamma a base di azoto
MPP e AP nei ritardanti di fiamma a base di azoto possono rilasciare gas non combustibili e sostanze contenenti fosforo, diluire i gas combustibili nell'aria e agire come gas di protezione, riducendo così la combustione. I metodi di autoassemblaggio supramolecolare possono utilizzare legami non covalenti per sintetizzare composti con strutture specifiche, migliorare la dispersione dei ritardanti di fiamma nei materiali e migliorare il ritardo di fiamma.
Ritardante di fiamma intumescente
NiCo2O4 è un ritardante di fiamma intumescente con i vantaggi di morfologia controllabile, ampia area superficiale specifica, siti attivi multipli e metodi di preparazione semplici e diversificati. Essendo un composto a base di nichel, presenta un'eccellente capacità catalitica del carbonio, che riduce i prodotti della combustione e migliora il ritardo di fiamma del materiale.
Questa superiorità deriva principalmente dal ruolo degli ioni Ni+ al suo interno, che possono accelerare la decomposizione termica del polietilene acrilato (PER), migliorare la carbonizzazione del polifosfato di ammonio e promuovere la formazione di uno strato carbonizzato espanso nel polipropilene (PP)/ritardante di fiamma intumescente. sistema. Nel frattempo, gli ossidi bimetallici sono stabili alle alte temperature e hanno una forte capacità catalitica, che aiuta a far sì che il composito ritardante di fiamma espanso PP formi uno strato carbonizzato denso e uniforme e migliori la stabilità termica dello strato carbonizzato e del residuo carbonizzato.
Inoltre, la struttura NiCo2O4 a forma di fiore presenta un gran numero di pieghe sulla superficie e un'area di contatto ampia e ruvida con il polimero, che migliora il legame. Questa struttura a forma di fiore ha una forte stabilità, che aiuta a evitare danni durante la lavorazione e mantiene l'integrità della struttura. Durante il processo di combustione, le sostanze che formano carbone possono essere fissate tra la struttura a fiore, che migliora la stabilità dello strato di carbone e svolge efficacemente il ruolo di barriera per ottenere il ritardo di fiamma e la protezione del substrato.
Oltre al NiCo2O4, ci sono una serie di altri componenti chiave che svolgono un ruolo importante nell'effetto ritardante di fiamma. OS-MCAPP trattato con gel SiO2 agisce sia come fonte di gas che di acido e aiuta il PP a formare uno strato protettivo di carbone che protegge la matrice PP da ulteriore decomposizione. Il PEIC, in quanto eccellente fonte di carbone, svolge un ruolo chiave nella formazione di carbone espanso di alta qualità e facilita l'acquisizione di compositi ritardanti di fiamma.
Il PPA-C reagisce con il PER durante la combustione per formare legami POC e legami PC, che contribuiscono alla formazione di uno strato di carbone praticamente privo di difetti. Inoltre, il PPA-C può far sì che il PP si decomponga termicamente prima e produca più residui carbonizzati a temperature più elevate. Esiste una buona sinergia tra PPA-C e PER e il ritardo di fiamma del sistema PPA-C/PER è superiore a quello del sistema APP/PER convenzionale. Quando il contenuto di PPA-C/PER (3:1) raggiunge il 18% in peso, il materiale composito ritardante di fiamma PP/intumescente raggiunge la classificazione V-0 secondo il test UL-94 e l'indice di ossigeno finale può raggiungere il 28.8%.
Materiali PP ritardanti di fiamma per applicazioni di imballaggio
La plastica PP ha bassa densità, buona trasparenza, non tossica e inodore, facile lavorazione e stampaggio, prezzo basso e altre caratteristiche, che le rendono un enorme potenziale di applicazione nel campo dell'imballaggio. Tuttavia, i difetti della plastica PP, come l’infiammabilità e la scarsa resistenza alle alte temperature, ne hanno limitato lo sviluppo nel campo degli imballaggi. Pertanto, negli ultimi anni, molti studiosi si sono dedicati allo studio di materiali da imballaggio in PP con elevate proprietà ignifughe.
Alloggiamento della batteria dell'auto
Le batterie sono uno dei componenti chiave dei veicoli a nuova energia, quindi è fondamentale un involucro che protegga la batteria in modo sicuro. L’imballaggio tradizionale delle batterie utilizza principalmente materiali metallici e materiali Sheet Moulding Compound (SMC), ma la complessità e la densità del processo di stampaggio di questi materiali influiscono sull’alleggerimento dei veicoli a nuova energia. Pertanto, viene prestata attenzione ai materiali PP con bassa densità e buona resistenza agli urti.
È stato utilizzato un materiale PP con proprietà ritardanti di fiamma preparato da una matrice di resina PP, un sistema complesso di polifosfato di ammonio/triazina come ritardante di fiamma, un copolimero etilene-ottene, un elastomero a base di propilene e un adesivo EPDM come agente tenacizzante. nuovi alloggiamenti per batterie per automobili a energia. Questo materiale PP mantiene una bassa densità e ha buone proprietà ignifughe e resistenza agli urti, oltre a buone proprietà sigillanti e impermeabilizzanti.
Imballaggio dei componenti
I compositi PP/MHSH/Al2O3/NP sono stati preparati mediante il metodo della fusione allo stato fuso modificando il whisker di solfato di magnesio alcalino (MHSH) e l'allumina (Al2O3) con l'agente reticolante KH-550 e aggiungendo il ritardante di fiamma del complesso azoto-fosforo e la matrice PP, e ulteriormente trattati per formare pellicole.
Il ritardante di fiamma complesso azoto-fosforo non solo promuove la formazione di uno strato di carbonio espanso nella matrice PP ad alta temperatura, ma reagisce anche con MHSH per generare sale di fosfato di magnesio, che migliora la resistenza dello strato di carbonio espanso. L'aggiunta di Al2O3 migliora la conduttività termica del materiale, in modo che il calore interno venga rapidamente trasferito alla superficie, che funge da dissipazione del calore e migliora la resistenza al calore. Inoltre, MHSH e Al2O3 hanno agito come riempitivi rigidi per migliorare le proprietà meccaniche del film composito PP/MHSH/Al2O3/NP. Pertanto, il film composito PP/MHSH/Al2O3/NP ha eccellenti proprietà ritardanti di fiamma ed elevata resistenza meccanica.
Cibo contenitore
I compositi in PP con elevate proprietà ritardanti di fiamma sono stati preparati mediante miscelazione allo stato fuso di IFR costituito da polifosfato di ammonio, agente formante carbonio triazinico e co-effettore con contenitori per il pranzo in polipropilene riciclato trattato in modo pulito, dimostrando il potenziale del riciclaggio dei contenitori per il pranzo in PP.
Problemi con il ritardo di fiamma del PP
Sebbene sempre più persone stiano iniziando a studiare i compositi PP ritardanti di fiamma, attualmente ci sono alcuni problemi:
1. additivo ritardante di fiamma, scarsa compatibilità con la matrice, che influisce sulle proprietà meccaniche del materiale;
2. I ritardanti di fiamma efficienti contengono principalmente alogeni e non soddisfano i requisiti ambientali;
3. I ritardanti di fiamma sono costosi e aumentano i costi di produzione.
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