Tất cả những gì bạn cần biết về PP chống cháy

Polypropylene (PP), là một trong năm loại nhựa thông dụng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Tuy nhiên, tính chất dễ cháy của PP hạn chế ứng dụng của nó và cản trở sự phát triển hơn nữa của vật liệu, vì vậy mọi người đã quan tâm đến việc biến đổi khả năng chống cháy của PP.

Vật liệu polyme là hợp chất polyme chứa các nguyên tố như cacbon, hydro và oxy, phần lớn là các nguyên tố dễ cháy. Quá trình đốt cháy vật liệu polyme là một loạt các biến đổi vật lý và phản ứng hóa học của quá trình tích hợp, biểu hiện các hiện tượng đặc biệt như nóng chảy và mềm hóa, thay đổi thể tích. Quá trình đốt cháy bao gồm ba bước:

Đầu tiên, phản ứng phân hủy nhiệt tạo ra các phân tử khí nhỏ, sau đó hỗn hợp khí đạt đến điều kiện cháy sẽ kích hoạt phản ứng hóa học dữ dội, và cuối cùng, quá trình đốt cháy nhanh hỗn hợp khí dễ cháy tạo ra một lượng nhiệt lớn và chu trình phản ứng tiếp tục.

Do PP có chỉ số oxy chỉ 17.4 nên dễ cháy và sinh ra lượng nhiệt lớn trong quá trình cháy, dễ gây ra hỏa hoạn, đe dọa đến tính mạng và tài sản. Trong lĩnh vực điện tử và thiết bị điện, tính dễ cháy của PP hạn chế phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó, vì vậy cần phải tiến hành xử lý chống cháy cho vật liệu PP.

Cơ chế chống cháy

Cơ chế chống cháy chủ yếu bao gồm cơ chế kết thúc phản ứng dây chuyền, cơ chế cô lập bề mặt và cơ chế trao đổi nhiệt gián đoạn. Cơ chế kết thúc phản ứng dây chuyền chấm dứt phản ứng cháy bằng cách tiêu thụ HO- được tạo ra trong quá trình cháy, cơ chế cô lập bề mặt tạo ra các hợp chất rắn để chặn tiếp xúc với không khí và cơ chế trao đổi nhiệt gián đoạn hấp thụ nhiệt của quá trình cháy để đạt được sự tự dập tắt.

Than hoạt tính trong chất chống cháy hydroxit kim loại có thể kết hợp hiệu quả với magiê hydroxit để giảm khả năng kết tụ, cải thiện khả năng tương thích với ma trận PP và tăng cường khả năng chống cháy của vật liệu. Tỷ lệ và mức độ hoạt hóa của chất chống cháy được điều chỉnh bằng cách thử nghiệm sự thay đổi giá trị hấp thụ dầu và cuối cùng phát hiện ra rằng chỉ số oxy giới hạn đạt giá trị tối đa là 28.9% khi thêm 25 wt% chất chống cháy hydroxit magiê biến tính vào PP.

Chất chống cháy hydroxit kim loại là chất phụ gia được sử dụng để cải thiện khả năng chống cháy của vật liệu polypropylen (PP). Để tăng cường hơn nữa độ bền cơ học của vật liệu, các nhà nghiên cứu cũng đưa chất đàn hồi polyolefin (POE) và hạt nano canxi cacbonat (CaCO3) vào đó. Kết quả cho thấy vật liệu composite PP biến tính không chỉ sở hữu đặc tính chống cháy tuyệt vời mà còn thể hiện độ bền cơ học cao.

Chất chống cháy Boron

Chất chống cháy Boron đóng vai trò quan trọng trong vật liệu composite PP/BN@MGO. Do cấu trúc bao bọc và biến đổi alkyl hóa của chất chống cháy BN@MGO, nguyên tố cacbon có thể được làm giàu trên bề mặt chất độn, giúp tăng cường ái lực với thân PP và cho phép phân bố đồng đều trong ma trận PP.

Trong khi đó, BN@MGO đã qua xử lý có hiệu ứng đường đi ngoằn ngoèo và độ ổn định nhiệt cao, tạo ra vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống cháy cao. Những đặc tính này cho phép vật liệu composite PP/BN@MGO có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực tản nhiệt hiệu quả cho thiết bị điện tử, thiết bị gia dụng và quản lý nhiệt.

Ngoài ra, khi chất chống cháy boron APP/MCA-K-ZB được thêm vào ở mức 25 wt% (tỷ lệ khối lượng APP/MCA-K-ZB là 3/1), vật liệu composite PP có thể đạt được xếp hạng V-0 trong thử nghiệm UL-94, trong khi chỉ số oxy giới hạn cao tới 32.7%. Kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) và thử nghiệm kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy việc bổ sung APP/MCA-K-ZB có thể tạo thành lớp carbon graphite dày đặc, giúp bảo vệ hiệu quả ma trận PP bên dưới khỏi quá trình đốt cháy tiếp theo và cải thiện khả năng ổn định nhiệt và hình thành carbon của vật liệu.

Chất chống cháy silicon

HNTs-Si trong chất chống cháy silicon có thể duy trì cấu trúc ống ban đầu và xoắn với chuỗi PP bị phân hủy nhiệt để tạo thành lớp carbon dày đặc, có tác dụng ức chế hiệu quả sự truyền nhiệt, khối lượng và khói trong quá trình đốt cháy PP. Polysiloxane có thể làm giảm độ phân cực của bề mặt HNTs-Si, tăng khả năng tương thích với chất nền PP và hiệu ứng bắc cầu vết nứt lần lượt cải thiện độ dẻo của vật liệu composite PP.

Ngoài ra, trong số các chất chống cháy gốc silica, nano-Sb2O3 và OMMT có thể tạo thành lớp cacbon dày đặc sau khi biến tính, cải thiện hiệu quả độ ổn định nhiệt và khả năng chống cháy của vật liệu composite gốc PP. Sự hình thành hạt nhân không đồng nhất của OMMT và nano-Sb2O3 trong ma trận PP có thể cải thiện độ kết tinh và độ bền kéo của vật liệu.

Chất chống cháy phốt pho

Sorbitol và amoni polyphosphate trong chất chống cháy phốt pho có thể tạo thành lớp cacbon hóa để làm chậm sự lan truyền nhiệt và cải thiện khả năng chống cháy của vật liệu. Hiệu ứng kết hợp của SPDEB và amoni polyphosphate có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống cháy của vật liệu PP và giảm phát thải khí dễ cháy.

Chất chống cháy dựa trên nitơ

MPP và AP trong chất chống cháy gốc nitơ có thể giải phóng khí không cháy và các chất chứa phốt pho, pha loãng khí cháy trong không khí và hoạt động như lớp chắn khí, do đó làm giảm quá trình cháy. Các phương pháp tự lắp ráp siêu phân tử có thể sử dụng liên kết không cộng hóa trị để tổng hợp các hợp chất có cấu trúc cụ thể, cải thiện sự phân tán của chất chống cháy trong vật liệu và tăng cường khả năng chống cháy.

Chất chống cháy trương nở

NiCo2O4 là chất chống cháy trương nở với những ưu điểm về hình thái có thể kiểm soát, diện tích bề mặt riêng lớn, nhiều vị trí hoạt động và phương pháp chế tạo dễ dàng và đa dạng. Là một hợp chất gốc niken, nó thể hiện khả năng xúc tác cacbon tuyệt vời, vừa làm giảm sản phẩm cháy vừa cải thiện khả năng chống cháy của vật liệu.

Ưu điểm này chủ yếu xuất phát từ vai trò của ion Ni+ trong đó, có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy nhiệt của polyethylene acrylate (PER), tăng cường quá trình than hóa của amoni polyphosphate và thúc đẩy sự hình thành lớp than nở trong hệ thống polypropylene (PP)/chất chống cháy trương nở. Trong khi đó, oxit lưỡng kim ổn định ở nhiệt độ cao và có khả năng xúc tác mạnh, giúp cho hỗn hợp PP/chất chống cháy nở tạo thành lớp than dày đặc và đồng đều, cải thiện độ ổn định nhiệt của lớp than và cặn than.

Ngoài ra, cấu trúc NiCo2O4 dạng hoa có nhiều nếp gấp trên bề mặt và diện tích tiếp xúc lớn và thô với polyme, giúp tăng cường liên kết. Cấu trúc dạng hoa này có độ ổn định mạnh, giúp tránh hư hỏng trong quá trình gia công và duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc. Trong quá trình đốt cháy, các chất hình thành than có thể được cố định giữa cấu trúc dạng hoa, giúp cải thiện độ ổn định của lớp than và thực hiện hiệu quả vai trò của rào cản để đạt được khả năng chống cháy và bảo vệ chất nền.

Ngoài NiCo2O4, còn có một số thành phần chính khác đóng vai trò quan trọng trong hiệu ứng chống cháy. OS-MCAPP được xử lý bằng gel SiO2 hoạt động như một nguồn khí và axit và giúp PP hình thành lớp than bảo vệ giúp bảo vệ ma trận PP khỏi bị phân hủy thêm. PEIC, là một nguồn than tuyệt vời, đóng vai trò chính trong việc hình thành than nở chất lượng cao và tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu được vật liệu composite chống cháy.

PPA-C phản ứng với PER trong quá trình đốt cháy để tạo thành liên kết POC và liên kết PC, góp phần tạo thành lớp than gần như không có khuyết tật. Ngoài ra, PPA-C có thể khiến PP phân hủy nhiệt sớm hơn và tạo ra nhiều cặn than hơn ở nhiệt độ cao hơn. Có sự hiệp đồng tốt giữa PPA-C và PER, và khả năng chống cháy của hệ thống PPA-C/PER vượt trội hơn so với hệ thống APP/PER thông thường. Khi hàm lượng PPA-C/PER (3:1) đạt 18wt%, vật liệu composite chống cháy PP/trương nở đạt định mức V-0 theo thử nghiệm UL-94 và chỉ số oxy cuối cùng có thể đạt 28.8%.

Vật liệu PP chống cháy dùng cho ứng dụng đóng gói

Nhựa PP có mật độ thấp, độ trong suốt tốt, không độc hại và không mùi, dễ gia công và đúc khuôn, giá thành thấp và các đặc tính khác, khiến nó có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong lĩnh vực bao bì. Tuy nhiên, những khuyết điểm của nhựa PP như khả năng bắt lửa và khả năng chịu nhiệt độ cao kém đã hạn chế sự phát triển của nó trong lĩnh vực bao bì. Do đó, trong những năm gần đây, nhiều học giả đã dành tâm huyết cho việc nghiên cứu vật liệu bao bì PP có tính chất chống cháy cao.

Vỏ bình ắc quy ô tô

Pin là một trong những thành phần chính của xe năng lượng mới, do đó, vỏ pin bảo vệ pin an toàn là rất quan trọng. Bao bì pin truyền thống chủ yếu sử dụng vật liệu kim loại và vật liệu hợp chất đúc tấm (SMC), nhưng độ phức tạp và mật độ của quá trình đúc các vật liệu này ảnh hưởng đến trọng lượng nhẹ của xe năng lượng mới. Do đó, người ta đang chú ý đến vật liệu PP có mật độ thấp và khả năng chống va đập tốt.

Vật liệu PP có đặc tính chống cháy được chế tạo từ ma trận nhựa PP, hệ phức hợp amoni polyphosphate/triazine làm chất chống cháy, đồng trùng hợp etylen-octene, chất đàn hồi gốc propylen và chất kết dính EPDM làm chất làm cứng đã được sử dụng trong vỏ ắc quy ô tô năng lượng mới. Vật liệu PP này duy trì mật độ thấp và có đặc tính chống cháy và độ bền va đập tốt, cũng như đặc tính bịt kín và chống thấm nước tốt.

Đóng gói thành phần

Vật liệu composite PP/MHSH/Al2O3/NP được chế tạo bằng phương pháp trộn nóng chảy bằng cách biến tính sợi magie sunfat kiềm (MHSH) và nhôm oxit (Al2O3) bằng tác nhân liên kết ngang KH-550, thêm chất chống cháy phức hợp nitơ-phốt pho và nền PP, sau đó xử lý thêm để tạo thành màng.

Chất chống cháy phức hợp nitơ-phốt pho không chỉ thúc đẩy sự hình thành lớp cacbon giãn nở trong ma trận PP ở nhiệt độ cao mà còn phản ứng với MHSH để tạo ra muối magiê phosphat, giúp cải thiện độ bền của lớp cacbon giãn nở. Việc bổ sung Al2O3 giúp cải thiện độ dẫn nhiệt của vật liệu, do đó nhiệt bên trong được truyền nhanh đến bề mặt, đóng vai trò tản nhiệt và cải thiện khả năng chịu nhiệt. Ngoài ra, MHSH và Al2O3 hoạt động như chất độn cứng để cải thiện các tính chất cơ học của màng composite PP/MHSH/Al2O3/NP. Do đó, màng composite PP/MHSH/Al2O3/NP có đặc tính chống cháy tuyệt vời và độ bền cơ học cao.

Thực phẩm chứa

Vật liệu composite PP có đặc tính chống cháy cao được chế tạo bằng cách trộn nóng chảy IFR gồm amoni polyphosphate, chất tạo thành cacbon triazine và chất đồng tác dụng với hộp đựng thức ăn trưa polypropylene tái chế đã qua xử lý sạch, chứng minh tiềm năng tái chế hộp đựng thức ăn trưa PP.

Các vấn đề về khả năng chống cháy của PP

Mặc dù ngày càng có nhiều người bắt đầu nghiên cứu vật liệu composite PP chống cháy nhưng hiện nay vẫn còn một số vấn đề:

1. Phụ gia chống cháy, tương thích kém với nền, ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu;

2. Chất chống cháy hiệu quả chủ yếu chứa halogen và không đáp ứng được các yêu cầu về môi trường;

3. Chất chống cháy đắt tiền, làm tăng chi phí sản xuất.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Thông tin nêu trên được cung cấp bởi Công nghiệp nhựa Qishen Thượng Hải độc lập với Chovm.com. Chovm.com không đưa ra bất kỳ tuyên bố hay bảo đảm nào về chất lượng và độ tin cậy của người bán và sản phẩm.