Efecto del ADP modificado por silano en las propiedades mecánicas y las propiedades de retardantes de la llama de PP

Efecto del ADP modificado por silano en las propiedades mecánicas y las propiedades de retardantes de la llama de PP

En la industria moderna, el polipropileno (PP) se usa ampliamente gracias a sus propiedades livianas, de bajo costo y buenas mecánicas. Sin embargo, su inflamabilidad dificulta su aplicación en campos de alta seguridad. Los cortocircuitos en dispositivos electrónicos, por ejemplo, pueden representar riesgos de incendio, lo que lleva a los científicos a explorar modificaciones compuestas de material.

El dietilfosfinato de aluminio (ADP), un retardante de la llama libre halógeno, es efectivo pero tiene una mala compatibilidad con PP, lo que limita su rendimiento. Aquí es donde los agentes de acoplamiento de Silane entran en juego como la solución clave para este cuello de botella técnico.

Al modificar ADP con silano, la compatibilidad entre ADP y PP puede mejorarse significativamente. Esto conduce a una mejor dispersión de ADP en la matriz PP, mejorando el retraso de la llama y posiblemente otras propiedades como la resistencia mecánica y la estabilidad térmica. El ADP modificado de Silane puede formar enlaces interfaciales más fuertes con PP, creando un material compuesto más robusto. Esta modificación también puede mejorar la estabilidad de degradación térmica de PP, lo que le permite mantener sus propiedades a temperaturas más altas. En general, el ADP modificado de Silane puede hacer que PP sea más adecuado para aplicaciones donde el retraso de la llama y el rendimiento del material son cruciales.

I. Método de selección y modificación del agente de acoplamiento de silano

En la investigación de material compuesto, seleccionar un modificador adecuado es como elegir un instrumento para una pieza musical. En este estudio, los científicos seleccionaron tres agentes de acoplamiento de silano con diferentes estructuras químicas y grupos funcionales: A-151, KH-550 y KH-560, todos con el objetivo de mejorar la compatibilidad entre ADP y PP.

1. Bases teóricas del diseño experimental

Los agentes de acoplamiento de silano tienen una característica funcional dual. Un extremo tiene grupos químicos que pueden reaccionar con la superficie ADP, como los grupos de vinilo (A-151), amino (KH-550) o epoxi (KH-560). El otro extremo puede formar un reticular físico con PP. Esta acción dual permite que el ADP modificado se disperse de manera más uniforme en la matriz PP y mejora las propiedades generales del material compuesto a través de interacciones interfaciales.

2. Implementación del método de modificación

El experimento utilizó una técnica de modificación en seco. Específicamente, el agente de acoplamiento ADP y silano se mezclaron en una cierta proporción y reaccionaron en condiciones apropiadas de temperatura y humedad. Durante la reacción, los grupos funcionales del agente de acoplamiento unidos químicamente con la superficie ADP, mientras que los grupos funcionales del otro extremo proporcionaron las bases para la unión posterior con PP.

3. Observaciones iniciales de diferentes agentes de acoplamiento

A-151 entregó una notable estabilidad química a través de su grupo vinilo. El grupo amino de KH-550 fue más adecuado para mejorar las propiedades mecánicas. El grupo epoxi de KH-560 exhibió una ventaja significativa en la dispersión y el retraso de la llama. La elección de diferentes agentes de acoplamiento determinó directamente las diferencias de rendimiento del ADP modificado.

II. El impacto del ADP modificado en las propiedades mecánicas de PP

La introducción de ADP modificado ha mejorado significativamente las propiedades mecánicas de PP. El ADP tradicional no modificado tiende a formar aglomerados de partículas en PP, reduciendo la uniformidad del material y el rendimiento mecánico. Sin embargo, el ADP modificado aborda efectivamente este problema.

1. Mejora de resistencia a la tracción

Agregar ADP modificado por silano aumenta notablemente la resistencia a la tracción de PP. Los datos experimentales muestran que las muestras con ADP modificado con A-151 exhiben el mayor aumento del 25%. Esto se debe a la fuerte capacidad de unión química de vinilo, que mejora la adhesión interfacial. En contraste, la modificación amino de KH-550 mejora la ductilidad, y el grupo epoxi de KH-560 equilibra la resistencia y la dureza de la tracción.

2. Mejora en el alargamiento de la ruptura

El ADP modificado también mejora significativamente el alargamiento de la ruptura del material compuesto. Las muestras modificadas por KH-550 muestran un aumento de aproximadamente el 18%, lo que indica que la elección del modificador también afecta de manera crucial la flexibilidad del material.

3. Análisis de mecanismos microscópicos

Las observaciones de microscopio electrónico de barrido (SEM) revelan que el ADP no modificado crea grietas en las superficies de fractura, mientras que ADP modificado forma una superficie de fractura fibrosa con adhesión de matriz apretada. Este cambio microscópico es la causa raíz de las propiedades mecánicas mejoradas.

Iii. Mejora del retraso de la llama de PP por ADP modificado

En términos de retraso de llama, ADP modificado ofrece resultados 'impresionantes '. Los experimentos evaluaron los efectos de diferentes modificadores midiendo el índice limitante de oxígeno (LOI) y la tasa de liberación de calor (HRR).

1. Aumento de la limitación del índice de oxígeno

Loi es clave para evaluar el retraso de la llama. Después de la modificación, el LOI de las muestras A-151 aumentó a 36.5%, mucho más alta que las no modificadas. Esto muestra que el silano de vinilo mejora la dispersión de ADP y mejora el retraso de la llama a través de la estabilidad química.

2. Reducción en la tasa de liberación de calor

KH-560 se destaca en los mecanismos de retraso de la llama. Sus muestras de ADP modificadas tienen un HRR máximo significativamente más bajo y la liberación de calor total más baja (THR). Esto se debe a la capa protectora de carbón formada por grupos epoxi a altas temperaturas, lo que ralentiza la descomposición del material.

3. Discusión de los mecanismos de retraso de la llama

ADP modificado exhibe efectos sinérgicos durante la combustión. Por ejemplo, A-151 promueve la formación de la capa de carbón, mientras que KH-550 libera gas nitrógeno a altas temperaturas, creando una barrera de gas inerte. Los grupos epoxi de KH-560 contribuyen tanto a la formación de la capa de carbón como a la estabilidad del material mejorada a través de la reticulación.

Conclusión

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