Formación de polímeros carbonizados y tecnología retardante de llama antigoteo
La formación de carbón es uno de los métodos clave para el retardo de llama en fase sólida en polímeros. Al crear una capa carbonosa en la superficie del polímero, evita el contacto entre el interior del polímero y los gases inflamables o el oxígeno, logrando así retardo de llama.
En los mecanismos retardantes de llama, los retardantes de llama que contienen fósforo pueden promover la formación de carbón en polímeros que contienen oxígeno, como resinas epoxi, poliuretanos y poliésteres insaturados, al deshidratarlos y formar carbón. Los retardantes de llama que contienen boro, como el borato de zinc, también contribuyen a la formación de carbón. Los retardantes de llama intumescentes logran retardar la llama mediante la formación de carbonilla, lo que los hace particularmente efectivos a este respecto.
I. Proceso de combustión de polímeros y principios generales de formación de carbón
Por cada 1/3 de aumento en el rendimiento de carbón, la generación de humo disminuye a la mitad. Para lograr una densidad óptica específica máxima (Dm) inferior a 100 en polímeros, el rendimiento de carbón debe ser al menos del 30 %. Para cumplir con la clasificación de retardo de llama UL94V-0, el rendimiento de carbonización debe exceder el 30 %.
La mayoría de los polímeros tienen propiedades inherentes de formación de carbón y rendimientos de carbón bajos, como se detalla en la siguiente tabla.
Generalmente, los compuestos con alto contenido de dobles enlaces, como grupos aromáticos, grupos hidroxilo, grupos éter y grupos éster, exhiben mayores propiedades de formación de carbón. Los ejemplos incluyen poliuretano (PU), poliacetileno, pentaeritritol, celulosa y sus derivados, derivados de melamina e isocianurato.
II. Métodos para mejorar el rendimiento del carbón de polímero
Adición de retardantes de llama que forman carbonilla: los ejemplos incluyen ésteres de fosfato, agentes a base de boro y retardantes de llama intumescentes.
Reticulación para promover la formación de carbón: la adición de agentes reticulantes puede mejorar la formación de carbón en polímeros como polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC) y poliestireno (PS). Para el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), se puede utilizar la copolimerización por injerto para lograr la formación de carbón.
Adición de agentes formadores de carbón: Los agentes formadores de carbón típicos incluyen pentaeritritol, isocianatos, derivados de melamina, celulosa y sus derivados, óxido de polifenileno (PPO), fenol formaldehído (PF), polieterimida (PEI), policarbonato (PC), poliimida (PI), poliamida (PA) y poliuretano termoplástico (TPU). Estos agentes sólo pueden carbonizarse a sí mismos y no pueden catalizar la formación de carbón en otros materiales, por lo que su adición debe ser de al menos un 5%.
Adición de sinergistas catalíticos formadores de carbón: los ejemplos incluyen óxidos metálicos y aluminosilicatos como zeolita, talco, caolín e hidrotalcita. Estos pueden catalizar la formación de carbón en otros componentes y normalmente se añaden en cantidades inferiores al 5%. Por ejemplo, agregar un 1 % de óxido de zinc puede aumentar el índice de oxígeno de una formulación retardante de llama de ABS en un 5 %.
III. Tecnología retardante de llama antigoteo de polímero
El goteo de polímero durante la combustión se refiere al fenómeno en el que el polímero fundido cae durante la combustión. Esto está estrictamente prohibido en los polímeros retardantes de llama, ya que el goteo puede encender los objetos debajo del material en llamas, contribuyendo a la propagación del fuego. La prueba UL de combustión vertical especifica que el goteo no debe encender los objetos que se encuentran debajo.
Muchos polímeros exhiben características de goteo en estado fundido, como PE, PP, poliestireno de alto impacto (HIPS), poliamida (PA) y policarbonato (PC). Por tanto, son necesarias modificaciones antigoteo. La tecnología de formación de carbonización de polímeros es uno de los métodos principales para evitar el goteo, y la tecnología antigoteo a menudo se alinea con la formación de carbonización. Se introducen los siguientes métodos:
Agregar agentes reticulantes: La reticulación es un método eficaz para promover la formación de carbón y un medio principal para prevenir el goteo. Por ejemplo, agregar agentes reticulantes como isocianurato de trialilo (TAIC) o peróxido de dicumilo (DCP) al PP puede inducir reacciones de reticulación. Esto aumenta la formación de carbón en la superficie de combustión, evitando eficazmente las gotas fundidas a altas temperaturas.
1. Agregar agente reticulante
La reticulación es una forma eficaz de promover la formación de carbón, pero también el principal medio técnico antigoteo, como la adición de triisocianato de trialilo (TAIC) o peróxido de diisopropil benceno (DCP) como agente reticulante en PP, puede hacer que la reacción de reticulación del PP, la superficie del objeto de combustión en la combustión de carbón aumenta, puede prevenir eficazmente que la masa fundida gotee a altas temperaturas.
2. Añade agente antigoteo.
Agente antigoteo más eficaz para el politetrafluoroetileno (F4), el principio del uso de F4 en el procesamiento de polímeros en el efecto fibrilante, un aumento significativo en la resistencia de la masa fundida y el módulo de elasticidad, la masa fundida, incluso si el alargamiento de la masa fundida debido a la fuerza de la alta tampoco gotea, puede desempeñar un papel en el papel antigoteo para reducir la propagación de la llama. Además, también puede aumentar la resistencia a la fusión y las propiedades anticolapso del polímero.
Actualmente existen dos tipos de agentes antigoteo en el mercado: PTFE puro y PTFE modificado. El politetrafluoroetileno puro se utiliza directamente con poca dispersabilidad, es fácil de aglomerar, por lo que es difícil utilizar el proceso y una mala dispersión dará lugar a una superficie deficiente del producto y a un efecto antigoteo deficiente.
En la actualidad, existe en el mercado un tipo de agente antigoteo que es un polvo de PTFE modificado especial, productos típicos como el agente antigoteo PA-5935 desarrollado por la compañía estadounidense 3M, que se basa en aditivos de flúor de PTFE, específicos para el uso de SAN para el tratamiento del paquete, y las resinas de uso general tienen una mejor compatibilidad y transparencia, la relación de masa de PTFE y SAN es de 7:3~5:5.
Además del agente antigoteo de PTFE, algunas cargas inorgánicas pueden desempeñar el papel de antigoteo, específicamente como el talco, la montmorillonita orgánica y los óxidos metálicos, etc., de los cuales la montmorillonita orgánica también tiene propiedades formadoras de carbón y propiedades antimigratorias.
3. Agregar compatibilizador
Agregue el principio antigoteo del compatibilizador: agregue el compatibilizador después de que la compatibilidad de los componentes de la fórmula mejore la cantidad de carbón, puede alcanzar el 15,88%, mejorando así la densificación de la capa de carbón de combustión y desempeña un papel antigoteo.
Agregar una cantidad adecuada de PP-g-MAH en la fórmula de PP/Retardante de llama inflado (IFR) 70:30 no solo mejora el rendimiento del retardante de llama, sino que también proporciona un rendimiento sin goteo, mientras que la fórmula pura de PP/Retardante de llama inflado (IFR) 70:30 tiene un fenómeno de goteo.
