Análisis del sistema ignífugo de PP y su perspectiva de aplicación.

Análisis del sistema ignífugo de PP y su perspectiva de aplicación.

El polipropileno (PP), como uno de los cinco plásticos de uso general, tiene una amplia gama de aplicaciones en todos los ámbitos de la vida; sin embargo, las características inflamables del PP también limitan su espacio de aplicación, lo que dificulta el desarrollo posterior de los materiales de PP, por lo que La modificación retardante de llama del PP ha sido el centro de atención.

A continuación, analizaremos el proceso de combustión y el mecanismo retardante de llama de los materiales poliméricos representados por el PP, el inventario de PP retardante de llama, las perspectivas para la aplicación del PP retardante de llama en el campo del embalaje y los problemas actuales.

I. Proceso de combustión y mecanismo de materiales poliméricos.

1.Proceso de combustión

Los materiales poliméricos son compuestos poliméricos que contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y otros elementos en la cadena molecular, y la mayoría de los polímeros son combustibles.

La combustión de materiales poliméricos es la síntesis de una serie de cambios físicos y reacciones químicas, por lo que en el proceso de combustión de materiales poliméricos se mostrarán fenómenos especiales como fusión y ablandamiento, cambios de volumen, etc.

El proceso de combustión de materiales poliméricos se muestra en la Figura 1, que básicamente se puede dividir en los siguientes tres pasos:

(1) Con el aumento gradual de la temperatura, los enlaces más débiles de la cadena molecular se romperán y el material comenzará a sufrir descomposición térmica. A medida que la descomposición térmica de los materiales poliméricos continúa realizándose e intensificándose, la superficie del material produce gradualmente pequeñas moléculas de gas, la mayoría de estos gases son inflamables, estas pequeñas moléculas de gases inflamables se mezclan con el oxígeno del aire, formando así una sustancia inflamable. mezcla de gases.

(2) Con la reacción de descomposición, la concentración combustible de la mezcla de gases en la superficie del material polimérico aumenta gradualmente, y cuando la concentración de la mezcla de gases combustibles y la temperatura ambiente externa alcanzan las condiciones críticas requeridas para la combustión, se produce una reacción química violenta. Se produce la reacción y la superficie del material se enciende rápidamente.

(3) La rápida combustión de la mezcla de gases combustibles libera una gran cantidad de calor, que no solo se propaga al fondo del material, sino que también eleva aún más la temperatura del entorno circundante del material, acelerando así la descomposición del material. , lo que produce más gases combustibles y, en última instancia, hace que la reacción de combustión continúe. Por tanto, la combustión de materiales poliméricos puede verse como un proceso de promoción gradual y reacción cíclica.

Como hidrocarburo, el índice de oxígeno del PP es de solo 17,4, es fácil de quemar, tiene poca retardancia de llama y mayor calor al quemarse, acompañado de goteos fácilmente causados ​​por el fuego, lo que representa una amenaza para la vida y la propiedad.

En el campo de los aparatos electrónicos y eléctricos, esta propiedad inflamable del PP limita su aplicación más amplia, por lo que es necesario llevar a cabo investigación y desarrollo de materiales de PP retardantes de llama.

2.Mecanismo retardante de llama

El mecanismo retardante de llama se puede dividir a grandes rasgos en dos categorías: mecanismo de terminación de reacción en cadena, mecanismo de aislamiento de superficie y mecanismo de interrupción del intercambio de calor.

(1) Mecanismo de terminación de la reacción en cadena: cuando el PP se quema, primero se descompone en hidrocarburos y luego se descompone por oxidación térmica en HO libre a alta temperatura. La reacción en cadena del HO es la razón por la cual la combustión puede mantenerse y la La terminación de la reacción en cadena consiste en consumir el HO- producido en el proceso de combustión.

(2) mecanismo de aislamiento de la superficie, el PP en la combustión, el retardante de llama no solo absorbe el calor, sino que también genera compuestos sólidos en la superficie del PP, los compuestos desempeñan un papel en el bloqueo de la matriz y el contacto con el aire, evitando así la combustión.

(3) Interrupción del mecanismo de intercambio de calor. Este mecanismo se refiere a que el retardante de llama en el proceso de combustión puede absorber una gran cantidad de calor de combustión, de modo que la reacción de combustión carece de calor suficiente y luego se produce un fenómeno de autoextinción para lograr el efecto retardante de llama.

II. Modificación retardante de llama PP

1. Retardante de llama de hidróxido metálico

El carbón activado en el retardante de llama de hidróxido metálico tiene una gran superficie específica y es rico en grupos funcionales, que pueden combinarse bien con el grupo hidroxilo en las partículas de hidróxido de sodio y magnesio, debilitando efectivamente la polaridad superficial del hidróxido de magnesio, por lo tanto reduciendo la posibilidad de aglomeración, mejorando la compatibilidad del hidróxido de sodio y magnesio y la matriz de PP y mejorando las propiedades retardantes de llama del material.

Además, al probar el cambio del valor de absorción de aceite, se pueden ajustar aún más la relación óptima y el grado de activación óptimo del retardante de llama, y ​​finalmente se encontró que el índice de oxígeno límite alcanzó el valor máximo de 28,9 % cuando se activó el 25 % en peso. Se añadió retardante de llama de hidróxido de magnesio modificado con carbón a la matriz de PP.

Al retardante de llama de hidróxido metálico, que se utilizó para mejorar el retardo de llama de los materiales de PP, se le añadió elastómero de poliolefina (POE) y nanocarbonato de calcio CaCO3 para mejorar la resistencia mecánica de los materiales. Los resultados muestran que los compuestos de PP modificados pueden tener fuertes propiedades retardantes de llama y una alta resistencia mecánica.

2. Boro Faburrido Rretardante

En los compuestos PP/BN@MGO, debido a la estructura encapsulada y la modificación por alquilación del retardante de llama BN@MGO, su eficiencia de ramificación del enlace alquilo es alta y el carbono se puede enriquecer en la superficie del relleno, lo que mejora significativamente la afinidad entre los BN@MGO retardante de llama y el cuerpo de PP, para que pueda distribuirse uniformemente en la matriz de PP.

Mientras tanto, el tratamiento modificado BN@MGO tiene un efecto de trayectoria en zigzag y una alta estabilidad térmica, lo que hace que el material tenga un coeficiente de expansión térmica más bajo y un mayor rendimiento retardante de llama, y ​​estas características pueden hacer que el material compuesto de PP/BN@MGO tenga una amplia aplicación. espacio en el campo de los dispositivos electrónicos de disipación de calor de alta eficiencia, electrodomésticos y gestión térmica.

Con un 25% en peso de relleno de APP/MCA-K-ZB (relación de masa de APP/MCA-K-ZB de 3/1), los compuestos de PP pueden alcanzar la clasificación V-0 en la prueba UL-94, mientras que el índice de oxígeno final es como hasta el 32,7%.

Mientras tanto, el análisis termogravimétrico (TGA) y las pruebas de microscopio electrónico de barrido (SEM) muestran que la adición de APP/MCA-K-ZB puede formar una capa densa de grafito y carbono, y esta densa capa de carbono puede proteger eficazmente la matriz de PP que se encuentra debajo de una mayor combustión. , mejorando así la estabilidad térmica y la capacidad de formación de carbono de los compuestos de PP.

3. Fósforo Faburrido Rretardante

El retardante de llama de fósforo en el sorbitol con una gran cantidad de grupos hidroxilo, fácil de formar una capa de carbón en la combustión, y la descomposición del polifosfato de amonio en el momento del calor para producir compuestos de fosfato, mejoran aún más el efecto de carbón del sorbitol, la producción de la capa de carbón. ralentiza la propagación del calor y aísla el oxígeno, mejora las propiedades retardantes de llama del material.

Además, el sorbitol como caparazón puede desempeñar un buen papel de dispersión, dificultando la agregación de partículas de MCAPP, y una mejor distribución puede mejorar simultáneamente las propiedades retardantes de llama y la resistencia mecánica del material.

SPDEB se combina con polifosfato de amonio como retardante de llama para mejorar la retardación de llama de los materiales de PP. En el sistema, SPDEB descompondrá los radicales amino y los radicales alquilo cuando se somete a calor, y ambos pueden capturar los radicales altamente activos generados por la descomposición térmica de los polímeros, bloqueando la descomposición de las cadenas de PP y reduciendo la producción de sustancias combustibles, por lo tanto desempeñando el papel de retrasar y terminar la combustión.

Cuando se usa SPDEB junto con polifosfato de amonio, el polifosfato de amonio puede promover la deshidratación de SPEDB en carbón y solidificar su capa de carbón, lo que puede reducir la fuga de partículas de carbón durante la combustión y reducir la emisión de gases combustibles.

4. A base de nitrógeno Faburrido Rretardante

El MPP producirá gases no combustibles (incluidos NH3, NO y H2O) y algunas sustancias que contienen fósforo durante la combustión, mientras que el AP puede liberar gases de fosfato de aluminio Al2(HPO4)3 y fosfina (PH3) a altas temperaturas, que no solo diluyen el Gases combustibles en el aire, pero también actúan como gas protector en la superficie del material, reduciendo así la combustión.

Además, este MPP puede volatilizar los radicales reactivos fósforo-oxígeno en el gas, atrapando radicales altamente reactivos y terminando así las roturas de la cadena principal del PP.

El autoensamblaje supramolecular es un método para sintetizar compuestos con funciones específicas y estructuras bien definidas utilizando enlaces no covalentes como enlaces de hidrógeno e interacciones iónicas. En el sistema APP@MEL-TA, MEL-TA se interconecta con polifosfato de amonio a través de interacciones electrostáticas para cubrir la superficie del polifosfato de amonio, lo que mejora la dispersión del polifosfato de amonio en materiales de PP.

Al mismo tiempo, MEL-TA tiene un alto contenido de nitrógeno y se descompone por calor para liberar una gran cantidad de gases no combustibles, que cubren la superficie del material para reducir la concentración de oxígeno en la superficie del material y mejorar aún más la capacidad retardante de llama.

5. Retardante de llama intumescente

NiCO₂O₄ tiene las ventajas de una morfología controlable, una gran superficie específica, múltiples sitios activos y métodos de preparación fáciles y diversos, que, como compuesto a base de níquel, posee una excelente capacidad catalizadora de carbono, tanto en términos de reducir los productos de combustión como de mejorar el retardo de llama. .

Esto se atribuye principalmente a la presencia de Ni+, que acelera la descomposición térmica del PER y mejora la carbonización del polifosfato de amonio, contribuyendo a la formación de una capa de carbono expandida en el sistema PP/IFR. Mientras tanto, los óxidos bimetálicos, con su alta estabilidad y fuerte capacidad catalítica a altas temperaturas, son capaces de promover la formación de una capa de carbono densa y homogénea en el material PP/IFR, y de mejorar la estabilidad térmica tanto de la capa como del residuo de carbono.

Además, el NiCO con forma de flor₂O₄ tiene una gran cantidad de pliegues y la superficie de contacto con el polímero es grande y rugosa, lo que mejora la fuerza de unión, y la estructura en forma de flor tiene una gran estabilidad, lo que puede evitar que se dañe durante el procesamiento y mantener la integridad estructural.

Al mismo tiempo, las sustancias que forman carbón en el proceso de combustión se pueden fijar entre la estructura similar a una flor para mejorar la estabilidad de la capa de carbón, desempeñando así eficazmente el papel de barrera para realizar el retardante de llama y la protección del sustrato. .

OS-MCAPP es una especie de APP tratada con SiO₂ gel, que, si bien actúa como fuente de gas y ácido, también ayuda al PP a formar una capa protectora de carbón y protege el sustrato de PP de una mayor descomposición. PEIC, como una excelente fuente de carbón, su presencia juega un gran papel en la formación de carbón expandido de alta calidad y favorece la obtención de excelentes compuestos ignífugos.

PPA-C reacciona con PER durante la combustión para formar enlaces POC y enlaces PC, que contribuyen a la formación de capas de carbón prácticamente libres de defectos. Además, PPA-C puede hacer que el PP se descomponga térmicamente antes y forme más residuos de carbón a temperaturas más altas.

Mientras tanto, PPA-C y PER tienen un buen efecto sinérgico, y el retardo de llama de PPA-C/PER es superior al sistema tradicional APP/PER. Cuando el contenido de PPA-C/PER (3:1) alcanza el 18% en peso, los compuestos PP/IFR alcanzan la clasificación V-0 en la prueba UL-94 y el índice de oxígeno final puede alcanzar el 28,8%.

III. Aplicación de PP retardante de llama en el campo del embalaje

El plástico PP tiene baja densidad, buena transparencia, no es tóxico e insípido, es fácil de procesar y moldear, tiene un precio bajo y otras características, por lo que tiene un enorme valor de aplicación en el campo del embalaje, pero los defectos del plástico PP, como la inflamabilidad, La mala resistencia a las altas temperaturas y otros defectos limitan su desarrollo en el campo del embalaje. Por lo tanto, en los últimos años, muchos académicos se han comprometido a investigar materiales de embalaje de PP con altas propiedades retardantes de llama.

1.Carcasa de batería de automóvil

La batería es una de las partes más importantes de los vehículos de nueva energía, y la carcasa de la batería responsable de proteger la seguridad de la batería también es particularmente importante, ya que requiere que el empaque de la batería tenga aislamiento, resistencia al impacto, resistencia a la corrosión y buenas propiedades retardantes de llama.

El embalaje de baterías tradicional está hecho principalmente de materiales metálicos y compuestos de moldeo de láminas (SMC). Sin embargo, algunos de estos dos materiales tienen procesos de moldeo complejos y alta densidad, lo que afecta el peso ligero de los vehículos de nueva energía, por lo que se ha prestado atención a los materiales de PP de baja densidad y resistentes a los impactos.

Utilizando resina de PP como matriz, sistema complejo de polifosfato de amonio/triazina como retardante de llama, copolímero de etileno-octeno, elastómeros a base de propileno y EPDM como agente endurecedor, se prepara un material de PP con propiedades retardantes de llama mediante el método de mezcla en estado fundido, que es Se utiliza como carcasa de batería de vehículos de nueva energía.

Este material de PP tiene buenas propiedades retardantes de llama y resistencia al impacto mientras mantiene una baja densidad, y tiene un buen rendimiento de sellado e impermeabilidad, que ahora se pone en producción en lotes.

2.Embalaje de piezas

Los compuestos PP/MHSH/Al2O3/NP se prepararon mediante el método de mezcla en fusión modificando el bigote de sulfato de magnesio (MHSH) y alúmina (Al₂O₃), introduciendo el agente reticulante KH-550 en las superficies de ambos, y agregando retardante de llama complejo de nitrógeno-fósforo y matriz de PP, y se procesaron posteriormente en películas.

El retardante de llama de nitrógeno-fósforo, además de promover la formación de una capa de carbono expandido en la matriz de PP a alta temperatura, reacciona con MHSH para formar una sal de fosfato de magnesio con buena estabilidad térmica, y la presencia de la sal de fosfato de magnesio mejora la fuerza de la capa de carbono expandido y desempeña el papel de soporte del esqueleto.

La adición de Al₂O₃ Puede mejorar la conductividad térmica del material, de modo que el calor interno del material se transfiera rápidamente a la superficie, lo que desempeña un papel en la disipación del calor, mejorando así la resistencia al calor del material. Mientras tanto, MHSH y Al₂O₃ Son rellenos rígidos con buena resistencia mecánica, que pueden mejorar las propiedades mecánicas del PP/MHSH/Al.₂O₃/Película compuesta NP.

Por lo tanto, PP/MHSH/Al₂O₃La película compuesta /NP tiene excelentes propiedades retardantes de llama y alta resistencia mecánica, lo que amplía el ámbito de aplicación de los compuestos de PP.

3.Contenedores de alimentos

Utilizando polifosfato de amonio como fuente de gas y ácido, agente carbónico de triazina como fuente de carbono, y luego con el agente sinérgico, juntos constituyen IFR, y luego con el tratamiento limpio de loncheras de polipropileno reciclado mediante el método de mezcla en fusión para preparar materiales compuestos de PP. con altas propiedades retardantes de llama, lo que demuestra que las loncheras de PP tienen un enorme potencial en el reciclaje.

IV. Problemas actuales en la investigación de retardantes de llama de PP

En los últimos años, cada vez más personas han comenzado a estudiar los compuestos de PP retardantes de llama, pero la investigación de PP retardantes de llama se caracteriza principalmente por los siguientes problemas:

(1) El aditivo retardante de llama es grande y tiene poca compatibilidad con la matriz, lo que causa demasiado daño a las propiedades mecánicas del material y afecta el uso de compuestos de PP.

(2) La mayoría de los retardantes de llama actuales con alta eficiencia retardante de llama contienen halógenos, que no cumplen con los requisitos de protección ambiental ecológica.

(3) Los retardantes de llama son más caros, lo que aumenta el costo de producción de los materiales de PP retardantes de llama.

Conclusión

YINSU Flame Retardant se especializa en brindar soluciones retardantes de llama integrales para materiales de PP y su línea de productos cubre una amplia gama de retardantes de llama altamente efectivos para satisfacer las necesidades de diferentes escenarios de aplicación. Para aplicaciones que buscan los más altos estándares de retardo de llama, los retardantes de llama de grado PP V0 de la empresa, como PPV0-P-32M, que utiliza tecnología retardante de llama de fósforo rojo, puede garantizar que el material alcance una clasificación UL-94 V0 bajo pruebas rigurosas y es adecuado para su uso en materiales PP nuevos, recuperados y homopolimerizados y copolimerizados. Mientras tanto, para aplicaciones sensibles a los costos, el retardante de llama de grado PP V2 PPV2-8H proporciona una opción retardante de llama rentable y eficiente para materiales reciclados de PP, que no solo reduce los costos del material sino que también mantiene buenas propiedades retardantes de llama.

Además, el retardante de llama YINSU T3 El producto, que es un socio ideal para los retardantes de llama de bromo, puede crear sinergia con ellos para mejorar significativamente el efecto retardante de llama de los materiales de PP, alcanzando fácilmente el estándar de grado V0. La compañía también ha lanzado un retardante de llama no halogenado, el pirofosfato de piperazina. PPAP-15, un producto que no sólo es respetuoso con el medio ambiente sino que también tiene una alta eficiencia retardante de llama, proporcionando al mercado una opción retardante de llama ecológica.

YINSU Flame Retardant siempre se ha comprometido a proporcionar soluciones retardantes de llama eficientes y rentables para los principales materiales de PP, tanto nuevos como reciclados. A través de la innovación tecnológica continua y la optimización de productos, YINSU Flame Retardant ayuda a los clientes a garantizar la calidad y seguridad del producto mientras logra reducciones de costos y promueve el desarrollo sostenible de la industria.