難燃性 PP について知っておくべきこと

ポリプロピレン（PP）は、5つの汎用プラスチックの1つとして、さまざまな産業で広く使用されています。しかし、PP の可燃性はその用途を制限し、材料のさらなる開発を妨げるため、人々は PP の難燃性改質について懸念を抱いてきました。

高分子材料は、炭素、水素、酸素などの元素を含む高分子化合物であり、そのほとんどが可燃性です。高分子材料の燃焼は、統合されたプロセスによる一連の物理的変化と化学反応であり、溶融や軟化、体積変化などの特殊な現象を示します。燃焼プロセスは 3 つのステップで構成されます。

まず、熱分解反応によって小さなガス分子が生成され、次にガス混合物が燃焼条件に達して激しい化学反応が引き起こされ、最後に可燃性ガス混合物の急速な燃焼によって大量の熱が生成され、反応サイクルが始まります。続けます。

PP の酸素指数は 17.4 しかないため、可燃性であり、燃焼中に多量の熱を発生するため、容易に火災を引き起こし、生命や財産に脅威を与える可能性があります。エレクトロニクス・電化製品の分野では、PPの可燃性がその応用範囲を制限するため、PP素材に難燃処理を施す必要があります。

難燃メカニズム

難燃機構には主に連鎖反応停止機構、表面隔離機構、熱交換断続機構が含まれます。連鎖反応停止機構は、燃焼プロセス中に生成されるH2Oを消費することで燃焼反応を停止させ、表面隔離機構は固体化合物を生成して空気との接触を遮断し、断続熱交換機構は燃焼熱を吸収して自己消火を実現します。

金属水酸化物難燃剤中の活性炭は水酸化マグネシウムと効果的に結合して凝集の可能性を減らし、PP マトリックスとの適合性を改善し、材料の難燃性を強化します。吸油量の変化を試験することで難燃剤の割合と活性度を調整し、最終的に活性炭改質水酸化マグネシウム難燃剤を28.9wt%添加すると限界酸素指数が最大値25%に達することが判明した。 PPへ。

金属水酸化物難燃剤は、ポリプロピレン (PP) 材料の難燃性を向上させるために使用される添加剤です。材料の機械的強度をさらに高めるために、研究者らはポリオレフィンエラストマー（POE）と炭酸カルシウムナノ粒子（CaCO3）も材料に導入した。結果は、改質 PP 複合材料が優れた難燃特性を有するだけでなく、高い機械的強度も示すことを示しました。

ホウ素系難燃剤

ホウ素難燃剤は、PP/BN@MGO 複合材料において重要な役割を果たします。 BN@MGO 難燃剤のカプセル化構造とアルキル化修飾により、フィラーの表面に炭素元素を濃縮することができ、これにより PP 本体との親和性が向上し、PP マトリックス中に炭素元素を均一に分散させることができます。

一方、変性処理されたBN@MGOはジグザグパス効果と高い熱安定性を有し、その結果、低い熱膨張係数と高い難燃性を備えた材料が得られます。これらの特性により、PP/BN@MGO 複合材料は、効率的な放熱電子デバイス、家電製品、熱管理の分野で幅広い用途が可能になります。

さらに、ホウ素難燃剤 APP/MCA-K-ZB を 25 wt% 添加すると (APP/MCA-K-ZB 質量比 3/1)、PP 複合材料は UL-V-0 等級を達成できました。 94 テストでは、限界酸素指数は 32.7% と高かった。熱重量分析 (TGA) および走査型電子顕微鏡 (SEM) のテスト結果は、APP/MCA-K-ZB の添加により緻密なグラファイトカーボン層を形成し、その下の PP マトリックスをさらなる燃焼から効果的に保護し、材料の熱特性を向上させることを示しています。安定性と炭素形成能力。

シリコン難燃剤

シリコーン難燃剤中の HNTs-Si は、元の管状構造を維持し、熱劣化した PP 鎖とねじれて緻密な炭素層を形成し、PP 燃焼中の熱、物質、煙の移動を効果的に抑制します。ポリシロキサンは HNTs-Si の表面の極性を低下させ、PP 基板との適合性を高め、亀裂橋渡し効果により PP 複合材料の延性を向上させます。

さらに、シリカベースの難燃剤の中でも、ナノ Sb2O3 と OMMT は改質後に緻密な炭素層を形成することができ、PP ベースの複合材料の熱安定性と難燃性を効果的に改善します。 PP マトリックス中の OMMT とナノ Sb2O3 の不均一核生成により、材料の結晶化度と引張強度が向上します。

リン系難燃剤

リン系難燃剤に含まれるソルビトールとポリリン酸アンモニウムは、炭化層を形成して熱の伝播を遅らせ、材料の難燃性を向上させることができます。 SPDEB とポリリン酸アンモニウムの複合効果により、PP 材料の難燃性を効果的に向上させ、可燃性ガスの排出を削減できます。

窒素系難燃剤

窒素ベースの難燃剤に含まれる MPP と AP は、不燃性ガスとリン含有物質を放出し、空気中の可燃性ガスを希釈し、ガスシールドとして機能するため、燃焼を軽減します。超分子自己集合法は、非共有結合を使用して特定の構造を持つ化合物を合成し、材料中の難燃剤の分散を改善し、難燃性を高めることができます。

膨張性難燃剤

NiCo2O4 は、制御可能な形態、大きな比表面積、複数の活性点、および簡単で多様な調製方法という利点を備えた膨張性難燃剤です。ニッケルベースの化合物として、優れた炭素触媒能力を示し、燃焼生成物を低減し、材料の難燃性を向上させます。

この優位性は主に、ポリエチレンアクリレート (PER) の熱分解を促進し、ポリリン酸アンモニウムの炭化を促進し、ポリプロピレン (PP)/膨張性難燃剤における膨張した炭化層の形成を促進する Ni+ イオンの役割に由来します。システム。一方、二金属酸化物は高温でも安定であり、強力な触媒能力を備えているため、PP/発泡難燃剤複合材料に緻密で均一な炭化層を形成させ、炭化層と炭化残留物の熱安定性を向上させるのに役立ちます。

さらに、花のようなNiCo2O4構造は表面に多数のひだを持ち、ポリマーとの接触面積が大きく粗く、結合を強化します。この花のような構造は強い安定性を持っており、加工中の損傷を回避し、構造の完全性を維持するのに役立ちます。燃焼プロセス中、木炭形成物質は花のような構造の間に固定され、木炭層の安定性が向上し、難燃性と基材の保護を達成するためのバリアの役割を効果的に実行します。

NiCo2O4 に加えて、難燃効果に重要な役割を果たす重要な成分が他にも多数あります。 SiO2 ゲル処理された OS-MCAPP は、ガス源と酸源の両方として機能し、PP マトリックスをさらなる分解から保護する保護炭化層の形成を助けます。 PEIC は優れたチャー源として、高品質の膨張チャーの形成に重要な役割を果たし、難燃性複合材料の取得を促進します。

PPA-C は燃焼中に PER と反応して POC 結合と PC 結合を形成し、実質的に欠陥のない炭層の形成に寄与します。さらに、PPA-C は PP の熱分解を早め、高温ではより多くの炭化残留物を生成する可能性があります。 PPA-C と PER の間には優れた相乗効果があり、PPA-C/PER システムの難燃性は従来の APP/PER システムよりも優れています。 PPA-C/PER (3:1) の含有量が 18wt% に達すると、PP/膨張性難燃性複合材料は UL-0 テストで V-94 評価に達し、最終酸素指数は 28.8% に達します。

包装用途向けの難燃性PP素材

PP プラスチックは、低密度、優れた透明性、無毒で無臭、加工と成形が容易、低価格などの特徴を備えており、包装分野での応用に大きな可能性を秘めています。しかし、可燃性や耐高温性が低いなどの PP プラスチックの欠点により、包装分野での発展は制限されてきました。そのため、近年、多くの学者が高い難燃性を備えたPP包装材料の研究に熱心に取り組んでいます。

車のバッテリーハウジング

バッテリーは新エネルギー車の重要なコンポーネントの 1 つであるため、バッテリーを安全に保護するバッテリーケースが非常に重要です。従来の電池パッケージには主に金属材料やシートモールディングコンパウンド（SMC）材料が使用されていましたが、これらの材料の成形プロセスの複雑さと密度は新エネルギー車の軽量化に影響を与えます。そこで、低密度で耐衝撃性に優れたPP素材が注目されています。

PP樹脂マトリックス、難燃剤としてのポリリン酸アンモニウム/トリアジン複合系、エチレン-オクテン共重合体、プロピレン系エラストマー、および強化剤としてのEPDM接着剤から調製された難燃特性を備えたPP材料が使用されました。新エネルギー自動車のバッテリーハウジング。このPP素材は低密度を維持し、優れた難燃性と衝撃強度、さらに優れたシール性と防水性を備えています。

コンポーネントの梱包

PP/MHSH/Al2O3/NP 複合材料は、アルカリ性硫酸マグネシウムウィスカー (MHSH) とアルミナ (Al2O3) を架橋剤 KH-550 で改質し、窒素リン複合難燃剤と PP マトリックスを添加することにより溶融ブレンド法によって調製されました。さらに加工してフィルムを形成します。

窒素-リン複合難燃剤は、高温でPPマトリックス内に膨張炭素層の形成を促進するだけでなく、MHSHと反応してリン酸マグネシウム塩を生成し、膨張炭素層の強度を向上させます。Al2O3の添加により、素材の熱伝導率が向上し、内部の熱が速やかに表面に伝わり、放熱効果が高まり、耐熱性が向上します。さらに、MHSH と Al2O3 は硬質フィラーとして機能し、PP/MHSH/Al2O3/NP 複合フィルムの機械的特性を向上させました。したがって、PP/MHSH/Al2O3/NP複合フィルムは優れた難燃性と高い機械的強度を備えています。