난연 PP에 대해 알아야 할 모든 것

폴리 프로필렌 (PP), 5가지 범용 플라스틱 중 하나로 다양한 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 PP의 가연성으로 인해 응용 분야가 제한되고 재료의 추가 개발이 방해를 받아 사람들은 PP의 난연성 개질에 대해 우려해 왔습니다.

고분자 재료는 탄소, 수소, 산소와 같은 원소를 포함하는 고분자 화합물로, 대부분이 가연성입니다. 고분자 재료의 연소는 통합된 공정의 일련의 물리적 변화와 화학 ​​반응으로, 용융 및 연화, 부피 변화와 같은 특수한 현상을 보입니다. 연소 공정은 세 단계로 구성됩니다.

첫째, 열분해 반응으로 작은 가스 분자가 생성되고, 그다음 가스 혼합물이 연소 조건에 도달하여 격렬한 화학 반응을 일으키고, 마지막으로 가연성 가스 혼합물의 급속한 연소로 인해 많은 열이 생성되고 반응의 순환이 계속됩니다.

PP는 산소지수가 17.4에 불과해 가연성이 있고 연소 시 많은 열을 발생시켜 화재를 일으키기 쉽고 생명과 재산에 위협이 될 수 있습니다. 전자 및 전기 제품 분야에서 PP의 가연성은 광범위한 적용을 제한하므로 PP 소재에 대한 난연 처리를 실시해야 합니다.

난연 메커니즘

난연성 메커니즘은 주로 연쇄 반응 종결 메커니즘, 표면 격리 메커니즘 및 중단된 열 교환 메커니즘을 포함합니다. 연쇄 반응 종결 메커니즘은 연소 과정에서 생성된 HO-를 소비하여 연소 반응을 종결시키고, 표면 격리 메커니즘은 고체 화합물을 생성하여 공기 접촉을 차단하고, 중단된 열 교환 메커니즘은 연소 열을 흡수하여 자체 소멸을 달성합니다.

금속 수산화물 난연제 내의 활성탄은 수산화 마그네슘과 효과적으로 결합하여 응집 가능성을 줄이고 PP 매트릭스와의 호환성을 개선하며 재료의 난연성을 향상시킬 수 있습니다. 난연제의 비율과 활성화 정도는 오일 흡수 값의 변화를 테스트하여 조정했으며 최종적으로 28.9중량% 활성탄 개질 수산화 마그네슘 난연제를 PP에 첨가했을 때 한계 산소 지수가 최대값인 25%에 도달하는 것으로 나타났습니다.

금속 수산화물 난연제는 폴리프로필렌(PP) 소재의 난연성을 개선하는 데 사용되는 첨가제입니다. 연구자들은 소재의 기계적 강도를 더욱 향상시키기 위해 폴리올레핀 엘라스토머(POE)와 탄산칼슘 나노입자(CaCO3)도 도입했습니다. 결과에 따르면 개질된 PP 복합재는 뛰어난 난연성을 가질 뿐만 아니라 높은 기계적 강도도 나타냈습니다.

붕소 난연제

붕소 난연제는 PP/BN@MGO 복합재에서 중요한 역할을 합니다. BN@MGO 난연제의 캡슐화된 구조와 알킬화 변형으로 인해 탄소 원소가 필러 표면에 농축될 수 있어 PP 본체와의 친화성이 향상되고 PP 매트릭스에 균일하게 분포될 수 있습니다.

한편, 개질 처리된 BN@MGO는 지그재그 경로 효과와 높은 열 안정성을 가지고 있어 열 팽창 계수가 낮고 난연성이 높은 재료가 됩니다. 이러한 특성으로 인해 PP/BN@MGO 복합재는 효율적인 방열 전자 장치, 가전 제품 및 열 관리 분야에서 광범위한 응용 분야를 가질 수 있습니다.

또한, 붕소 난연제 APP/MCA-K-ZB를 25중량%(APP/MCA-K-ZB 질량비 3/1)로 첨가했을 때, PP 복합재는 UL-0 시험에서 V-94 등급을 달성할 수 있었고, 한계 산소 지수는 최대 32.7%로 높았습니다. 열중량 분석(TGA) 및 주사 전자 현미경(SEM) 시험 결과에 따르면, APP/MCA-K-ZB를 첨가하면 밀도가 높은 흑연 탄소 층을 형성하여 아래에 있는 PP 매트릭스를 추가 연소로부터 효과적으로 보호하고 재료의 열 안정성과 탄소 형성 능력을 개선할 수 있습니다.

실리콘 난연제

실리콘 난연제의 HNTs-Si는 원래의 관형 구조를 유지하고 열적으로 분해된 PP 사슬과 꼬여 밀도가 높은 탄소층을 형성하여 PP 연소 시 열, 질량 및 연기 전달을 효과적으로 억제합니다. 폴리실록산은 HNTs-Si 표면의 극성을 감소시켜 PP 기판과의 호환성을 높이고 균열 브리징 효과는 차례로 PP 복합재의 연성을 개선합니다.

또한 실리카계 난연제 중 나노-Sb2O3와 OMMT는 개질 후 치밀한 탄소층을 형성할 수 있어 PP계 복합재의 열 안정성과 난연성을 효과적으로 개선할 수 있다. PP 매트릭스에서 OMMT와 나노-Sb2O3의 이질 핵형성은 재료의 결정성과 인장 강도를 개선할 수 있다.

인계 난연제

인계 난연제에 포함된 소르비톨과 폴리인산암모늄은 탄화된 층을 형성하여 열 전파를 지연시키고 재료의 난연성을 개선할 수 있습니다. SPDEB와 폴리인산암모늄의 결합 효과는 PP 재료의 난연성을 효과적으로 개선하고 가연성 가스의 배출을 줄일 수 있습니다.

질소계 난연제

질소 기반 난연제의 MPP와 AP는 불연성 가스와 인 함유 물질을 방출하고, 공기 중의 가연성 가스를 희석하고, 가스 차폐 역할을 하여 연소를 줄일 수 있습니다. 초분자 자기 조립 방법은 비공유 결합을 사용하여 특정 구조의 화합물을 합성하고, 재료에서 난연제의 분산을 개선하고, 난연성을 향상시킬 수 있습니다.

팽창성 난연제

NiCo2O4는 조절 가능한 형태, 큰 비표면적, 다중 활성 부위, 쉽고 다양한 제조 방법의 장점을 가진 팽창성 난연제입니다. 니켈 기반 화합물로서, 우수한 탄소 촉매 능력을 나타내어 연소 생성물을 줄이고 재료의 난연성을 개선합니다.

이러한 우수성은 주로 폴리에틸렌 아크릴레이트(PER)의 열 분해를 가속화하고, 폴리인산암모늄의 탄화를 강화하며, 폴리프로필렌(PP)/팽창성 난연제 시스템에서 팽창된 숯 층 형성을 촉진할 수 있는 Ni+ 이온의 역할에서 비롯됩니다. 한편, 이중 금속 산화물은 고온에서 안정적이며 강력한 촉매 능력을 가지고 있어 PP/팽창된 난연제 복합재가 조밀하고 균일한 숯 층을 형성하고 숯 층과 숯 잔류물의 열 안정성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

또한, 꽃 모양의 NiCo2O4 구조는 표면에 많은 주름이 있고 폴리머와 크고 거친 접촉 면적을 가지고 있어 결합을 강화합니다. 이 꽃 모양의 구조는 안정성이 강하여 가공 중 손상을 피하고 구조의 무결성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 연소 과정에서 숯 형성 물질을 꽃 모양의 구조 사이에 고정하여 숯 층의 안정성을 향상시키고 기질의 난연성과 보호를 달성하기 위한 장벽 역할을 효과적으로 수행합니다.

NiCo2O4 외에도 난연 효과에 중요한 역할을 하는 다른 핵심 구성 요소가 많이 있습니다. SiO2 겔 처리된 OS-MCAPP는 가스와 산 공급원으로 작용하여 PP가 PP 매트릭스를 추가 분해로부터 보호하는 보호 숯 층을 형성하도록 돕습니다. 우수한 숯 공급원인 PEIC는 고품질 팽창 숯 형성에 중요한 역할을 하며 난연 복합재의 획득을 용이하게 합니다.

PPA-C는 연소 중에 PER과 반응하여 POC 결합 및 PC 결합을 형성하여 사실상 결함이 없는 숯 층을 형성하는 데 기여합니다. 또한 PPA-C는 PP가 더 일찍 열 분해되고 더 높은 온도에서 더 많은 숯 잔류물을 생성하게 할 수 있습니다. PPA-C와 PER 사이에는 좋은 시너지가 있으며 PPA-C/PER 시스템의 난연성은 기존 APP/PER 시스템보다 우수합니다. PPA-C/PER(3:1)의 함량이 18중량%에 도달하면 PP/팽창성 난연 복합 재료는 UL-0 테스트에서 V-94 등급에 도달하고 최종 산소 지수는 28.8%에 도달할 수 있습니다.

포장용 난연 PP 소재

PP 플라스틱은 밀도가 낮고 투명성이 좋으며 무독성이고 무취이며 가공 및 성형이 쉽고 가격이 저렴하며 기타 특성이 있어 포장 분야에서 응용할 수 있는 잠재력이 매우 큽니다. 그러나 PP 플라스틱의 가연성 및 고온 내성 불량과 같은 결함으로 인해 포장 분야에서의 개발이 제한되었습니다. 따라서 최근 몇 년 동안 많은 학자들이 난연성이 높은 PP 포장재 연구에 전념해 왔습니다.

자동차 배터리 하우징

배터리는 신에너지 자동차의 핵심 구성 요소 중 하나이므로 배터리를 안전하게 보호하는 배터리 케이스가 필수적입니다. 기존 배터리 포장은 주로 금속 재료와 시트 성형 컴파운드(SMC) 재료를 사용하지만 이러한 재료의 성형 공정의 복잡성과 밀도는 신에너지 자동차의 경량화에 영향을 미칩니다. 따라서 밀도가 낮고 충격 저항성이 좋은 PP 재료에 주목하고 있습니다.

PP 수지 매트릭스, 난연제로서의 암모늄 폴리포스페이트/트리아진 복합 시스템, 에틸렌-옥텐 공중합체, 프로필렌 기반 엘라스토머, 강화제로서의 EPDM 접착제로부터 제조된 난연 특성을 갖는 PP 소재가 신에너지 자동차 배터리 하우징에 사용되었습니다. 이 PP 소재는 낮은 밀도를 유지하고 난연 특성과 충격 강도가 우수하며 밀봉 및 방수 특성도 우수합니다.

부품 포장

알칼리성 황산마그네슘 휘스커(MHSH)와 알루미나(Al2O3)에 가교제 KH-2을 개질하고, 질소-인 복합 난연제와 PP 매트릭스를 첨가하여 용융 블렌딩법으로 PP/MHSH/Al3O550/NP 복합재를 제조한 후, 추가 가공하여 필름을 형성하였다.

질소-인 복합 난연제는 고온에서 PP 매트릭스에서 팽창 탄소층의 형성을 촉진할 뿐만 아니라 MHSH와 반응하여 인산 마그네슘 염을 생성하여 팽창 탄소층의 강도를 향상시킵니다.Al2O3를 첨가하면 재료의 열전도도가 향상되어 내부 열이 표면으로 빠르게 전달되어 방열 역할을 하고 내열성이 향상됩니다.또한 MHSH와 Al2O3는 강성 필러로 작용하여 PP/MHSH/Al2O3/NP 복합 필름의 기계적 특성을 향상시킵니다.따라서 PP/MHSH/Al2O3/NP 복합 필름은 우수한 난연 특성과 높은 기계적 강도를 갖습니다.

식품 용기

인산암모늄, 트리아진 탄소 형성제 및 보조 효과제로 구성된 IFR과 깨끗하게 처리된 재활용 폴리프로필렌 도시락 상자를 용융 블렌딩하여 높은 난연성을 가진 PP 복합재를 제조하였으며, 이를 통해 PP 도시락 상자를 재활용할 수 있는 잠재력이 있음을 보여주었습니다.

PP 난연성 문제

점점 더 많은 사람들이 난연 PP 복합소재를 연구하기 시작했지만 현재 몇 가지 문제가 있습니다.

1. 난연제 첨가제는 매트릭스와의 적합성이 낮아 재료의 기계적 성질에 영향을 미칩니다.

2. 효율적인 난연제는 대부분 할로겐을 함유하고 있어 환경 요구 사항을 충족하지 못합니다.

3. 난연제는 비싸서 생산 비용이 증가합니다.

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