Investigación sobre la fotodegradación de ABS-Retardante de llama: ¿Qué sistema de retardantes de llama y antienvejecimiento es más efectivo?

Investigación sobre la fotodegradación de ABS-Retardante de llama: ¿Qué sistema de retardantes de llama y antienvejecimiento es más efectivo?

I. Introducción

La resina de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) tiene un índice de oxígeno limitante relativamente bajo (LOI) de solo 18.3-20, lo que lo convierte en un polímero altamente inflamable. Cuando se enciende, produce una gran cantidad de humo negro y continúa ardiendo incluso después de que se retira la fuente de llama. El material se suaviza, se derrama y gotea a medida que se derrite. Los componentes eléctricos y electrónicos hechos de ABS corren el riesgo de encendido debido a cortocircuitos, lo que limita su aplicación en estos campos. Por lo tanto, se ha desarrollado ABS-Retardante de Llama para satisfacer estas necesidades.

Este estudio investiga los efectos de los retardantes de la llama, los estabilizadores UV y el dióxido de titanio en la resistencia a la fotodegradación del ABS-Retardante de la llama al examinar los cambios de diferencia de color antes y después del envejecimiento, proporcionando orientación y apoyo para la aplicación del material.

II. Retraso de llama y climabilidad de los abdominales

Hay tres enfoques principales para la modificación de Retardante de llama de ABS:

1. Mezcla con polímeros de retardante de llama para formar aleaciones.

2. Modificación química a través de la adición de un cuarto monómero.

3. Incorporación de retardantes de llama.

Entre estos, el tercer método logra un equilibrio entre el costo y el rendimiento y es el más utilizado. Los retardantes de llama halogenados, especialmente los retardantes de la llama bromados, ofrecen la más alta eficiencia. When combined with synergists such as antimony trioxide (Sb₂O₃) and flame retardant additives like polytetrafluoroethylene (PTFE), the LOI can reach above 27, and the vertical burning performance can achieve UL94 V-0 rating.

El caucho de polibutadieno en resina ABS contiene dobles enlaces de carbono de carbono insaturados, que son susceptibles de reacciones con luz, calor, oxígeno y humedad en la atmósfera. Esto conduce a la formación de grupos cromofóricos C = O, lo que resulta en decoloración, polvo, agrietamiento y degradación de propiedades mecánicas. Además, la presencia de retardantes de llama bromados en el ABS-Retardante de llama genera sustancias ácidas como HBR y radicales libres (R •, Br •) durante el procesamiento. Estas sustancias inician y promueven reacciones en la resina ABS, empeorando su capacidad de consentimiento.

Iii. Comparación de la fotodegradación entre el retardante de llama y los abdominales ordinarios

Los retardantes de llama bromados de uso común en materiales a base de estireno incluyen decabromodipheniletano (DBDPE), tetrabromobisfenol A (TBBA), oligómero epoxi bromado (BER), tris (tribromofenoxi) S-triazina (TBM) y polistireno bromado (BPS). Entre estos, los sistemas de ABS (Frabs) de retardantes de llama basados ​​en TBM, BER y TBBA exhiben la actuación más equilibrada y son los más ampliamente aplicados. Este estudio comparó el cambio de color debido a la fotodegradación entre estas frabiones ampliamente utilizadas y ABS ordinarios (ABS) bajo el envejecimiento de la lámpara de xenón, con los resultados mostrados en la Figura 1.

Como se ve en la Figura 1, la adición de retardantes de llama bromados afecta significativamente el cambio de diferencia de color durante el envejecimiento de la lámpara de xenón. La diferencia de color aumentó dramáticamente de 3.5 para ABS ordinarios a más de 40 para las frabas después de 336 horas de envejecimiento. Además, la tabla de colores de las fronteras mostró un agrietamiento notable alrededor de 500 horas. Esto confirma el análisis previo de que las sustancias ácidas y los radicales libres generados durante el procesamiento de retardantes de llama bromados pueden acelerar la reacción y la decoloración de ABS bajo exposición a la luz. Entre ellos, TBBA tiene la estabilidad térmica más pobre (con una temperatura de descomposición del 2% de solo 285 ° C en el aire), por lo que es más propensa a la degradación durante el procesamiento y resulta en la peor capacidad de consentimiento.

Teniendo en cuenta los factores integrales del rendimiento y el costo, las fronteras basadas en el sistema TBM ofrecen un mayor valor de mercado. Por lo tanto, la investigación posterior sobre el ABS-Retardante de la Llama utilizará estas frabas basadas en TBM como material de referencia para estudios comparativos, sin más explicación.

IV. El impacto de los agentes de meteorización en la fotodegradación de ABS-Retardante de Llama

Para mejorar la resistencia a la clima de ABS, los estabilizadores de luz se agregan comúnmente para inhibir o reducir la velocidad de la velocidad de fotodegradación del material. Los principales tipos de sustancias utilizadas para mejorar la fotoestabilidad de los materiales incluyen:

Agentes de detección de luz, como negro de carbono, dióxido de titanio y óxido de zinc. Su mecanismo de estabilización implica absorber o reflejar la luz ultravioleta (UV), reduciendo así la probabilidad de que los materiales de polímeros absorban la radiación UV.

Los absorbentes de rayos UV, incluidos los ésteres de salicilato, los benzofenones y los benzotriazoles. Estos absorbedores de rayos UV tienen una capacidad de absorción UV mucho más fuerte que los cromóforos en los polímeros. Pueden suprimir la etapa de inicio temprano de la degradación del polímero al absorber la energía UV e inmediatamente convirtiéndola en formas inofensivas, como la energía infrarroja disipada por calor, o fosforescencia y fluorescencia, liberando así la energía UV absorbida de una manera que no daña el polímero.

Enfriadores, principalmente complejos de níquel en forma divalente. Su mecanismo de estabilización implica la transferencia de electrones con las moléculas de estado excitado en el material del polímero. Las moléculas de estado excitado pierden su actividad y regresan al estado fundamental, evitando así que continúen las reacciones fotoquímicas.

Estabilizadores de luz amina obstinados (HALS), que funcionan capturando radicales libres en el material y descomponiendo los hidroperóxidos. Esto mantiene la concentración de hidroperóxidos en el material bajo, lo que desacelera las velocidades de reacción de inicio de la cadena, propagación de la cadena y ramificación de la cadena. Como resultado, se reduce la tasa de fotodegradación del material.

En este estudio, se seleccionó el absorbedor UV de benzotriazol más utilizado (agente de meteorización A) y estabilizador de luz amina obstaculizado (agente de meteorización B) para investigar sus efectos individuales y combinados en la fotodegradación de ABS-Retardante de llama. Los resultados se muestran en las Figuras 2 a 4.

Como se muestra en la Figura 2, la adición de absorbedores de rayos UV puede mejorar significativamente la fotostabilidad del ABS-Retardante de Llama. Agregar 3 ‰ –5 ‰ El absorbedor UV puede reducir el valor de diferencia de color en aproximadamente un 50% después de 300 horas de exposición. Además, mientras que la tabla de colores sin agentes de meteorización comenzó a romperse después de 300 horas, el que tiene absorbentes UV no mostró grietas significativas incluso después de 672 horas.

Los resultados que se muestran en la Figura 3 indican que la adición de HALS (estabilizador de luz amina obstinada) tiene poco impacto en la fotodegradación del ABS-Retardante de la llama. La Figura 4 presenta los resultados de fotodegradación de ABS-Retardante de llama cuando se usan benzotriazol y Hals en combinación. Los resultados son esencialmente similares a los obtenidos cuando el benzotriazol se usa solo, lo que indica que HALS es ineficaz en este caso.

HALS típicamente presenta estructuras NH y derivadas sustituidas por N-metil. Su mecanismo de fotostabilización es bastante complejo. En general, se cree que los radicales nitroxilo amina obstinados son las especies activas directamente responsables de la fotostabilización de polímeros. Hals mismo actúa como un precursor de las estructuras fotostabilizadoras activas. En condiciones fotooxidativas, el polímero inevitablemente contiene o genera especies oxidativas reactivas como ozono, oxígeno singlete, peróxido de hidrógeno, radicales peroxi y peróxidos de alquilo. Las estructuras NH y N-metilo en el marco de piperidina de HALS se oxidan fácilmente por estas especies reactivas en estructuras de radicales nitroxilo. Los radicales nitroxilo de HALS pueden capturar los radicales libres generados durante la fotodegradación, interrumpiendo así más reacciones perjudiciales, como se muestra en la Figura 5.

Sin embargo, debido a sus características aminas, HALS exhibe un cierto grado de alcalinidad. Al encontrar sustancias ácidas, se protona y la actividad de los radicales nitroxilo resultantes se reduce. Esta también puede ser la razón principal de la ineficacia del agente beathering B en los abdominales-retardantes de llama.

Las aminas obstaculizadas (N-Ch₃) al alquiladas son ligeramente menos básicas que las aminas obstinadas con estructuras de amina secundarias (NH). Las estructuras de hidroxilamina, las estructuras de hidroxilamina de O alquiladas y las aminas obstinadas acetiladas incluso exhiben un cierto grado de acidez débil. Desde un punto de vista práctico, los estabilizadores de luz de amina obstaculizados con alcalinidad más débil, como las estructuras de hidroxilamina de O alquiladas y los derivados acetilados de amina obstinados, se prefieren. Estos tipos de HALS pueden ser más adecuados para los sistemas ABS de retardantes de llama que son ligeramente ácidos, y se puede realizar una exploración adicional en esta dirección.

V. El impacto del dióxido de titanio y su combinación con los agentes de meteorización en la fotodegradación de ABS-Retardante de llama

El dióxido de titanio de Rutile (TIO₂) es conocido por su rendimiento estable y su fuerte reflejo de la luz, lo que lo convierte en un agente de detección de luz eficiente. Sin embargo, las partículas de Rutile Tio₂ también tienen algunos defectos fotocatalíticos. Cuando se usan como un escudo de luz UV, generalmente deben recubrirse con una película inorgánica como SIO₂ o Al₂o₃ para proteger los sitios activos fotocatalíticos en su estructura cristalina. Este estudio investigó el efecto del contenido de Tio₂ en la fotodegradación de ABS-Retardante de llama, con los resultados mostrados en las Figuras 6 y 7.

La Figura 6 da los resultados del efecto de diferentes adiciones de dióxido de titanio en el rendimiento de envejecimiento de la luz del ABS retardante de la llama. Los resultados muestran que la adición de dióxido de titanio puede reducir significativamente el cambio de diferencia de color del ABS retardante de la llama después del envejecimiento de la luz, cuanto más se agrega dióxido de titanio, más pequeño es el cambio de diferencia de color del retardante retardante después del envejecimiento de la luz, cuando el 2% del dióxido de titanio se agrega, después de 336h, la agitación de la lámpara de xenón, la diferencia de color de color retardante se reduce del 17.1. del dióxido de titanio agregado se incrementa aún más al 4%, la diferencia de color se reduce a 11.8. Debido al hecho de que la adición de dióxido de titanio conducirá al aumento de la densidad del material, la tenacidad del material disminuirá. La adición de dióxido de titanio conducirá a un aumento en la densidad del material, la resistencia del material disminuye, la consideración general, para los requisitos de meteorización más altos de los ABS retardantes de la llama, la adición de dióxido de titanio aproximadamente el 2% puede lograr un equilibrio entre la meteorización y el rendimiento.

En el sistema de ABS retardante de la llama con agente de meteorización compuesto, la adición de dióxido de titanio también puede mejorar efectivamente la resistencia de la meteorización del envejecimiento de la luz del material. También se examinó la diferencia de color después del envejecimiento bajo la lámpara de xenón durante aproximadamente 300 h, y la diferencia de color del agente de meteorización compuesto-retardante de llamadas ABS sin agregar dióxido de titanio alcanzado 17.3, y los valores de la diferencia de color se redujeron a 13.2, 11.0 y 8.0 al agregar dióxido de titanio al 1%, 2%y 4%respectivamente, lo que es comparable a los de los orientales de la oración.

Conclusión

1. El sistema de retardante de la llama de bromo tiene un mayor efecto en el envejecimiento ligero de los materiales ABS, la diferencia de color se vuelve obviamente mayor y el agrietamiento ocurre después de 500 h.

2. El absorbedor UV puede mejorar efectivamente la resistencia de envejecimiento de la luz del ABS retardante de la llama, pero el efecto de la amina obstaculizada no es obvio.

3. La adición de dióxido de titanio también puede mejorar de manera efectiva la resistencia de envejecimiento de la luz de los ABS retardantes de la llama , al agravarse con el agente de meteorización, la resistencia de envejecimiento de luz del Rantenario ABS de la llama puede alcanzar comparable con el ABS ordinario.