Polipropylen (PP), jako jeden z pięciu uniwersalnych tworzyw sztucznych, jest szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu. Jednak palność PP ogranicza jego zastosowanie i utrudnia dalszy rozwój materiału, dlatego ludzie są zaniepokojeni modyfikacją PP w celu zmniejszenia palności.
Materiały polimerowe to związki polimerowe zawierające takie pierwiastki jak węgiel, wodór i tlen, z których większość jest palna. Spalanie materiałów polimerowych to seria zmian fizycznych i reakcji chemicznych zintegrowanego procesu, wykazująca szczególne zjawiska, takie jak topienie i mięknięcie, zmiany objętości. Proces spalania składa się z trzech etapów:
Najpierw reakcja rozkładu termicznego wytwarza małe cząsteczki gazu, następnie mieszanina gazów osiąga warunki spalania, co powoduje gwałtowną reakcję chemiczną, a na koniec szybkie spalanie mieszaniny gazów palnych wytwarza dużą ilość ciepła, a cykl reakcji powtarza się.
Ponieważ PP ma indeks tlenowy wynoszący zaledwie 17.4, jest łatwopalny i generuje dużą ilość ciepła podczas spalania, co może łatwo spowodować pożar i stanowić zagrożenie dla życia i mienia. W dziedzinie elektroniki i urządzeń elektrycznych palność PP ogranicza jego szersze zastosowanie, dlatego konieczne jest przeprowadzenie obróbki zmniejszającej palność materiałów PP.
Mechanizm zmniejszający palność
Mechanizm zmniejszający palność obejmuje głównie mechanizm zakończenia reakcji łańcuchowej, mechanizm izolacji powierzchni i mechanizm przerwanej wymiany ciepła. Mechanizm zakończenia reakcji łańcuchowej kończy reakcję spalania poprzez zużycie HO- wytwarzanego podczas procesu spalania, mechanizm izolacji powierzchni generuje związki stałe, aby zablokować kontakt z powietrzem, a mechanizm przerwanej wymiany ciepła pochłania ciepło spalania, aby osiągnąć samoistne wygaszenie.
Węgiel aktywowany w wodorotlenku metalu jako środku zmniejszającym palność może skutecznie łączyć się z wodorotlenkiem magnezu, aby zmniejszyć możliwość aglomeracji, poprawić zgodność z matrycą PP i zwiększyć ognioodporność materiału. Współczynnik i stopień aktywacji środka zmniejszającego palność zostały dostosowane poprzez testowanie zmiany wartości absorpcji oleju i ostatecznie stwierdzono, że indeks ograniczający tlen osiągnął maksymalną wartość 28.9%, gdy do PP dodano 25% wag. węgla aktywowanego jako środka zmniejszającego palność wodorotlenku magnezu.
Środki zmniejszające palność na bazie wodorotlenków metali to dodatki stosowane w celu poprawy ognioodporności materiałów polipropylenowych (PP). Aby jeszcze bardziej zwiększyć wytrzymałość mechaniczną materiału, badacze wprowadzili do niego również elastomer poliolefinowy (POE) i nanocząsteczki węglanu wapnia (CaCO3). Wyniki wykazały, że modyfikowane kompozyty PP nie tylko posiadają doskonałe właściwości zmniejszające palność, ale również wykazują wysoką wytrzymałość mechaniczną.
Środki zmniejszające palność na bazie boru
Środki zmniejszające palność zawierające bor odgrywają ważną rolę w kompozytach PP/BN@MGO. Ze względu na zamkniętą strukturę i modyfikację alkilacji środka zmniejszającego palność BN@MGO, pierwiastek węglowy może być wzbogacony na powierzchni wypełniacza, co zwiększa powinowactwo do bryły PP i umożliwia jego równomierne rozprowadzenie w matrycy PP.
Tymczasem zmodyfikowany obrobiony BN@MGO ma efekt ścieżki zygzakowatej i wysoką stabilność termiczną, co skutkuje materiałem o niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej i wysokiej ognioodporności. Właściwości te pozwalają kompozytom PP/BN@MGO na szeroki zakres zastosowań w dziedzinach wydajnego odprowadzania ciepła urządzeń elektronicznych, urządzeń gospodarstwa domowego i zarządzania termicznego.
Ponadto, po dodaniu 25% wag. środka zmniejszającego palność zawierającego bor APP/MCA-K-ZB (stosunek masowy APP/MCA-K-ZB wynoszący 3/1), kompozyt PP mógł osiągnąć klasę V-0 w teście UL-94, podczas gdy graniczny indeks tlenowy wyniósł aż 32.7%. Wyniki analizy termograwimetrycznej (TGA) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) pokazują, że dodanie APP/MCA-K-ZB może spowodować powstanie gęstej warstwy grafitu węglowego, która skutecznie chroni znajdującą się pod spodem matrycę PP przed dalszym spalaniem i poprawia stabilność termiczną materiału oraz zdolność do tworzenia węgla.
Środki zmniejszające palność na bazie silikonu
HNTs-Si w silikonowych środkach zmniejszających palność może zachować oryginalną strukturę rurową i skręcić się z termicznie zdegradowanym łańcuchem PP, tworząc gęstą warstwę węglową, która skutecznie hamuje przenoszenie ciepła, masy i dymu podczas spalania PP. Polisiloksan może zmniejszyć polarność powierzchni HNTs-Si, zwiększając kompatybilność z podłożem PP, a efekt mostkowania pęknięć z kolei poprawia ciągliwość kompozytów PP.
Ponadto, wśród środków zmniejszających palność na bazie krzemionki, nano-Sb2O3 i OMMT mogą tworzyć gęstą warstwę węglową po modyfikacji, co skutecznie poprawia stabilność termiczną i zmniejszanie palności kompozytów na bazie PP. Heterogeniczne nukleowanie OMMT i nano-Sb2O3 w matrycy PP może poprawić krystaliczność i wytrzymałość na rozciąganie materiałów.
Środki zmniejszające palność zawierające fosfor
Sorbitol i polifosforan amonu w środkach zmniejszających palność fosforu mogą tworzyć zwęgloną warstwę, aby opóźnić rozprzestrzenianie się ciepła i poprawić trudnopalność materiału. Połączony efekt SPDEB i polifosforanu amonu może skutecznie poprawić trudnopalność materiałów PP i zmniejszyć emisję gazów palnych.
Środki zmniejszające palność na bazie azotu
MPP i AP w azotowych środkach zmniejszających palność mogą uwalniać niepalne gazy i substancje zawierające fosfor, rozcieńczać gazy palne w powietrzu i działać jako osłona gazowa, zmniejszając w ten sposób spalanie. Supramolekularne metody samoorganizacji mogą wykorzystywać wiązania niekowalencyjne do syntezy związków o określonych strukturach, poprawiać dyspersję środków zmniejszających palność w materiałach i zwiększać ognioodporność.
Środek ognioodporny pęczniejący
NiCo2O4 to pęczniejący środek zmniejszający palność, który ma zalety kontrolowanej morfologii, dużej powierzchni właściwej, wielu aktywnych miejsc i łatwych i różnorodnych metod przygotowania. Jako związek na bazie niklu wykazuje doskonałą zdolność katalityczną węgla, która zarówno redukuje produkty spalania, jak i poprawia ognioodporność materiału.
Ta wyższość wynika głównie z roli jonów Ni+, które mogą przyspieszyć rozkład termiczny polietylenu akrylowego (PER), zwiększyć zwęglanie polifosforanu amonu i promować tworzenie się rozszerzonej warstwy zwęglonej w systemie polipropylenu (PP)/pęczniejącego środka zmniejszającego palność. Tymczasem tlenki bimetaliczne są stabilne w wysokich temperaturach i mają silne właściwości katalityczne, co pomaga w tworzeniu gęstej i jednolitej warstwy zwęglonej kompozytu PP/rozszerzonego środka zmniejszającego palność oraz poprawia stabilność termiczną warstwy zwęglonej i pozostałości zwęglonej.
Ponadto, kwiatowa struktura NiCo2O4 ma dużą liczbę fałd na powierzchni i dużą i szorstką powierzchnię styku z polimerem, co wzmacnia wiązanie. Ta kwiatowa struktura ma silną stabilność, co pomaga uniknąć uszkodzeń podczas przetwarzania i utrzymuje integralność struktury. Podczas procesu spalania substancje tworzące węgiel drzewny mogą być utrwalane pomiędzy kwiatową strukturą, co poprawia stabilność warstwy węgla drzewnego i skutecznie pełni rolę bariery, aby osiągnąć trudnopalność i ochronę podłoża.
Oprócz NiCo2O4 istnieje szereg innych kluczowych komponentów, które odgrywają ważną rolę w efekcie zmniejszającym palność. OS-MCAPP poddany obróbce żelem SiO2 działa zarówno jako źródło gazu, jak i kwasu i pomaga PP utworzyć ochronną warstwę węgla drzewnego, która chroni matrycę PP przed dalszym rozkładem. PEIC, jako doskonałe źródło węgla drzewnego, odgrywa kluczową rolę w tworzeniu wysokiej jakości węgla ekspandowanego i ułatwia pozyskiwanie kompozytów zmniejszających palność.
PPA-C reaguje z PER podczas spalania, tworząc wiązania POC i wiązania PC, które przyczyniają się do powstania warstwy węgla praktycznie bez defektów. Ponadto PPA-C może powodować wcześniejszy rozkład termiczny PP i wytwarzać więcej pozostałości węgla w wyższych temperaturach. Istnieje dobra synergia między PPA-C i PER, a ognioodporność systemu PPA-C/PER jest lepsza niż konwencjonalnego systemu APP/PER. Gdy zawartość PPA-C/PER (3:1) osiągnie 18% wag., kompozytowy materiał PP/intumescent ognioodporny osiąga ocenę V-0 według testu UL-94, a ostateczny indeks tlenowy może osiągnąć 28.8%.
Materiały PP trudnopalne do zastosowań opakowaniowych
Plastik PP ma niską gęstość, dobrą przezroczystość, jest nietoksyczny i bezwonny, łatwy w obróbce i formowaniu, niską cenę i inne cechy, co sprawia, że ma ogromny potencjał do zastosowań w dziedzinie opakowań. Jednak wady plastiku PP, takie jak palność i słaba odporność na wysokie temperatury, ograniczyły jego rozwój w dziedzinie opakowań. Dlatego w ostatnich latach wielu naukowców poświęciło się badaniu materiałów opakowaniowych PP o wysokich właściwościach zmniejszających palność.
Obudowa akumulatora samochodowego
Akumulatory są jednym z kluczowych elementów nowych pojazdów energetycznych, więc obudowa akumulatora, która bezpiecznie chroni akumulator, jest kluczowa. Tradycyjne opakowania akumulatorów wykorzystują głównie materiały metalowe i materiały z formowania arkuszowego (SMC), ale złożoność i gęstość procesu formowania tych materiałów wpływają na lekkość nowych pojazdów energetycznych. Dlatego zwraca się uwagę na materiały PP o niskiej gęstości i dobrej odporności na uderzenia.
Materiał PP o właściwościach zmniejszających palność, przygotowany z matrycy żywicy PP, kompleksu polifosforanu amonu/triazyny jako środka zmniejszającego palność, kopolimeru etylenu i oktenu, elastomeru na bazie propylenu i kleju EPDM jako środka wzmacniającego, został użyty w obudowach akumulatorów nowych samochodów energetycznych. Ten materiał PP zachowuje niską gęstość i ma dobre właściwości zmniejszające palność i odporność na uderzenia, a także dobre właściwości uszczelniające i wodoodporne.
Opakowanie komponentów
Kompozyty PP/MHSH/Al2O3/NP przygotowano metodą mieszania w stanie stopionym, modyfikując alkaliczny siarczan magnezu (MHSH) i tlenek glinu (Al2O3) środkiem sieciującym KH-550, dodając kompleks azotowo-fosforowy zmniejszający palność oraz matrycę PP, a następnie poddano dalszej obróbce w celu utworzenia folii.
Kompleks azotowo-fosforowy zmniejszający palność nie tylko wspomaga tworzenie rozszerzonej warstwy węglowej w matrycy PP w wysokiej temperaturze, ale także reaguje z MHSH, tworząc sól fosforanu magnezu, która poprawia wytrzymałość rozszerzonej warstwy węglowej. Dodatek Al2O3 poprawia przewodność cieplną materiału, dzięki czemu ciepło wewnętrzne jest szybko przenoszone na powierzchnię, która służy jako rozpraszanie ciepła i poprawia odporność na ciepło. Ponadto MHSH i Al2O3 działały jako sztywne wypełniacze, aby poprawić właściwości mechaniczne folii kompozytowej PP/MHSH/Al2O3/NP. Dlatego folia kompozytowa PP/MHSH/Al2O3/NP ma doskonałe właściwości zmniejszające palność i wysoką wytrzymałość mechaniczną.
Opakowania do żywności
Kompozyty PP o wysokich właściwościach zmniejszających palność przygotowano poprzez mieszanie w stanie stopionym IFR składającego się z polifosforanu amonu, środka tworzącego węgiel triazynowy i koefektora z czystymi, poddanymi recyklingowi pudełkami na lunch z polipropylenu, co wykazało potencjał recyklingu pudełek na lunch z PP.
Problemy z ognioodpornością PP
Chociaż coraz więcej osób zaczyna badać kompozyty PP o zmniejszonej palności, obecnie występują pewne problemy:
1. dodatek zmniejszający palność, słaba kompatybilność z matrycą, wpływający na właściwości mechaniczne materiału;
2. Skuteczne środki zmniejszające palność zawierają głównie halogeny i nie spełniają wymogów ochrony środowiska;
3. Środki zmniejszające palność są drogie i zwiększają koszty produkcji.
Zastrzeżenie: Informacje podane powyżej są dostarczane przez Szanghajski przemysł tworzyw sztucznych Qishen niezależnie od Chovm.com. Chovm.com nie składa żadnych oświadczeń i nie udziela żadnych gwarancji co do jakości i niezawodności sprzedawcy i produktów.
