Resolviendo el desafío del retardo de llama del TPU: retardantes de llama inorgánicos + nanocomposición: logrando propiedades físicas y retardo de llama

Resolviendo el desafío del retardo de llama del TPU: retardantes de llama inorgánicos + nanocomposición: logrando propiedades físicas y retardo de llama

Debido a las limitaciones en los costos de las materias primas, el desarrollo tecnológico y las condiciones de uso, los retardantes de llama minerales que se aplican actualmente a gran escala son principalmente retardantes de llama de hidróxido de aluminio y retardantes de llama de hidróxido de magnesio (brucita). El hidróxido de aluminio es el retardante de llama mineral más utilizado a nivel mundial en términos de volumen y representa aproximadamente el 45% del consumo total de retardante de llama. Tanto en el mercado nacional como en el internacional, el hidróxido de aluminio utilizado para retardar la llama es principalmente trihidrato de alfa-alúmina (ATH,-Al2Os·3H2O). El hidróxido de magnesio es otro importante retardante de llama ecológico después del hidróxido de aluminio. Estados Unidos lidera tanto en volumen de producción como en variedad de retardantes de llama de hidróxido de magnesio. Aunque China posee abundantes recursos de hidróxido de magnesio , la investigación sobre retardantes de llama de hidróxido de magnesio comenzó relativamente tarde, y su producción, escala, variedad y calidad se han quedado constantemente por detrás de los estándares internacionales.

Para los retardantes de llama inorgánicos , lograr un alto nivel de retardo de llama requiere una gran adición del retardante de llama. Sin embargo, las sustancias inorgánicas suelen tener poca compatibilidad con las matrices poliméricas. Su incorporación sustancial puede afectar negativamente las propiedades mecánicas y térmicas de materiales como el TPU. Para mejorar la compatibilidad es necesario un tratamiento superficial adecuado de los retardantes de llama inorgánicos.

Cuando se añaden mica y ATH como aditivos a materiales de poliuretano, el ATH demuestra un claro efecto retardante de llama pero reduce la resistencia a la tracción y la dureza del material. La mica, que posee excelentes propiedades de aislamiento térmico, puede compensar parcialmente el impacto negativo sobre las propiedades mecánicas del TPU causado por la introducción de ATH cuando se usa en combinación, lo que la convierte en un complemento beneficioso para el ATH.

Los minerales arcillosos se pueden dispersar uniformemente en polímeros a nanoescala. Las laminillas a nanoescala de los minerales arcillosos actúan como barreras en dos dimensiones, obstaculizando las moléculas pequeñas, los vapores combustibles y el calor liberado generado durante la combustión del polímero. Esto influye significativamente en la degradación y combustión de la fase condensada del polímero. Además, las laminillas de arcilla en dos dimensiones también pueden obstruir la retroalimentación del calor producido durante la combustión en fase gaseosa a la fase condensada, mejorando así la retardación de llama del polímero. Las laminillas de arcilla dispersas a nanoescala restringen significativamente la movilidad de las cadenas macromoleculares de polímeros, lo que resulta en temperaturas de descomposición más altas para estas cadenas cuando se calientan en comparación con las cadenas moleculares completamente libres.

Se impartió retardo de llama al TPU a base de poliéster utilizando un retardante de llama (FR) de nitrógeno y fósforo doméstico combinado con arcilla orgánica. Cuando la adición de FR fue del 18 %, el material alcanzó una clasificación UL94 V-0 y un LOI del 32,8 %. Sin embargo, la resistencia a la tracción, el alargamiento a la rotura y la resistencia al desgarro disminuyeron en un 52,0%, 44,0% y 12,3% respectivamente, mientras que la dureza Shore A aumentó. En comparación con el TPU puro, cuando la adición de FR fue del 18 % y la adición de arcilla fue del 1 %, la resistencia a la tracción, el alargamiento a la rotura y la resistencia al desgarro disminuyeron en un 48,7 %, 39,4 % y 11,1 % respectivamente. Mientras tanto, el retardo de llama aún alcanzó UL94 V-0 con un LOI del 32,8%.

El grafito expandible (EG) es un compuesto especial de intercalación de grafito formado al tratar químicamente grafito en escamas naturales. El grafito tiene una estructura en capas, lo que permite insertar metales alcalinos, oxiácidos oxidantes fuertes y otros entre las capas, formando compuestos de intercalación. Estos comienzan a expandirse alrededor de los 200°C debido a la descomposición, gasificación y expansión de los compuestos intercalados, alcanzando una expansión máxima alrededor de los 900°C, con una relación de expansión potencialmente de 280 veces. El grafito expandido se transforma de escamas en estructuras de baja densidad 'parecidas a gusanos'. Mejora la estabilidad de la capa de carbón a través de una red reticulada, evitando que la capa de carbón se desprenda. Esto forma una capa eficiente de aislamiento térmico y barrera de oxígeno en la superficie del material, capaz de bloquear la transferencia de calor a la superficie y dificultar la difusión de gases inflamables de moléculas pequeñas producidos por la descomposición interna a la zona de combustión. Esto evita una mayor degradación del polímero, interrumpiendo así la cadena de combustión y proporcionando una protección contra incendios eficiente y retardante de llama..

El grafito no reacciona químicamente con el poliuretano, pero entre 200 °C y 300 °C forma una capa de carbón similar a un agujero de gusano que encapsula el poliuretano en descomposición. Esta capa permanece relativamente estable a altas temperaturas, evitando la transferencia de calor desde la fuente de calor al material interior y dificultando la migración de productos de descomposición desde el material interior a la fuente de calor, mejorando así la estabilidad térmica del material.

Durante su proceso de I+D, Yinsu Flame Retardants descubrió que el grafito expandible también es un retardante de llama sinérgico altamente eficiente . La capa de carbón 'similar a un gusano' formada por su expansión instantánea tras la exposición al fuego proporciona un aislamiento térmico eficaz y una barrera contra el oxígeno. Cuando se combina con sistemas como los retardantes de llama inorgánicos y las nanoarcillas mencionadas en el artículo, ofrece un enfoque más diverso para resolver el desafío de equilibrar el retardo de llama y las propiedades físicas en materiales como el TPU. Bienvenido a consultar para obtener más detalles ~