Анализ огнезащитной системы ПП и перспективы ее применения

Анализ огнезащитной системы ПП и перспективы ее применения

Полипропилен (ПП), как один из пяти пластиков общего назначения, имеет широкий спектр применения во всех сферах жизни, однако горючие характеристики ПП также ограничивают область его применения, препятствуя дальнейшему развитию ПП-материалов, поэтому Огнестойкая модификация ПП была в центре внимания.

Далее мы рассмотрим процесс горения и механизм огнезащиты полимерных материалов, представленных ПП, запас огнезащитных ПП, перспективы применения огнезащитных ПП в области упаковки и текущие проблемы.

Я. Процесс и механизм горения полимерных материалов

1. Процесс сгорания

Полимерные материалы представляют собой полимерные соединения, содержащие в молекулярной цепи углерод, водород, кислород и другие элементы, причем большинство полимеров горючи.

Горение полимерных материалов представляет собой синтез ряда физических изменений и химических реакций, поэтому в процессе сгорания полимерных материалов проявляются особые явления, такие как плавление и размягчение, изменение объема и так далее.

Процесс горения полимерных материалов показан на рисунке 1, который можно условно разделить на следующие три этапа:

(1) При постепенном повышении температуры более слабые связи в молекулярной цепи разрываются, и материал начинает подвергаться термическому разложению. Поскольку термическое разложение полимерных материалов продолжается и усиливается, на поверхности материала постепенно образуются небольшие молекулы газа, большинство из этих газов легковоспламеняющиеся, эти небольшие молекулы горючих газов смешиваются с кислородом в воздухе, образуя таким образом легковоспламеняющийся газ. газовая смесь.

(2) По мере реакции разложения концентрация горючей газовой смеси на поверхности полимерного материала постепенно увеличивается, и когда концентрация горючей газовой смеси и внешняя температура окружающей среды достигают критических условий, необходимых для горения, агрессивное химическое вещество происходит реакция, и поверхность материала быстро воспламеняется.

(3) Быстрое сгорание горючей газовой смеси выделяет большое количество тепла, которое не только распространяется к нижней части материала, но и еще больше повышает температуру окружающей среды материала, тем самым ускоряя разложение материала. , что приводит к образованию большего количества горючих газов и, в конечном итоге, к продолжению реакции горения. Поэтому горение полимерных материалов можно рассматривать как процесс постепенного продвижения и циклической реакции.

В качестве углеводорода кислородный индекс ПП составляет всего 17,4, он легко горит, имеет плохую огнестойкость и повышенное тепло при горении, что сопровождается капанием, которое легко вызывает пожар, что представляет угрозу для жизни и имущества.

В области электронных и электроприборов горючесть ПП ограничивает его более широкое применение, поэтому необходимо проводить исследования и разработки огнестойких ПП-материалов.

2.Огнестойкий механизм

Механизм огнезащиты можно условно разделить на две категории: механизм прекращения цепной реакции, механизм изоляции поверхности и механизм прерывания теплообмена.

(1) Механизм прекращения цепной реакции: когда ПП горит, он сначала разлагается на углеводород, а затем происходит дальнейшее термоокислительное расщепление на свободную HO-. При высокой температуре цепная реакция HO- является причиной, по которой горение может поддерживаться, и Прекращение цепной реакции заключается в расходовании HO-, образующегося в процессе сгорания.

(2) механизм изоляции поверхности, ПП при горении, огнезащитный состав не только поглощает тепло, но и на поверхности ПП образует твердые соединения, соединения играют роль в блокировании матрицы и контакта с воздухом, тем самым предотвращая горение.

(3) Нарушение механизма теплообмена. Этот механизм относится к антипирену в процессе горения, который может поглощать большое количество тепла сгорания, так что реакции горения не хватает тепла, а затем возникает явление самозатухания для достижения огнезащитного эффекта.

II. ПП огнестойкая модификация

1. Огнезащитный состав на основе гидроксида металла

Активированный уголь в антипирене на основе гидроксида металла имеет большую удельную поверхность и богат функциональными группами, которые могут хорошо сочетаться с гидроксильной группой на частицах гидроксида натрия-магния, эффективно ослабляя поверхностную полярность гидроксида магния, тем самым снижение возможности агломерации, улучшение совместимости гидроксида натрия-магния и ПП-матрицы, усиление огнезащитных свойств материала.

Кроме того, путем тестирования изменения значения маслопоглощения можно дополнительно отрегулировать оптимальное соотношение и оптимальную степень активации антипирена, и, наконец, было обнаружено, что предельный кислородный индекс достиг максимального значения 28,9% при активации 25% масс. В матрицу ПП добавлен антипирен гидроксид магния, модифицированный древесным углем.

В огнезащитный состав на основе гидроксида металла, который использовался для улучшения огнестойкости ПП-материалов, добавляли полиолефиновый эластомер (POE) и нанокарбонат кальция CaCO3 для улучшения механической прочности материалов. Результаты показывают, что модифицированные композиты ПП могут обладать как сильными огнезащитными свойствами, так и высокой механической прочностью.

2. Бор Fхромой Rантипирен

В композитах ПП/БН@МГО за счет инкапсулированной структуры и алкилационной модификации антипирена БН@МГО эффективность разветвления алкильных связей высока, а углерод может обогащаться на поверхности наполнителя, что значительно усиливает сродство между Огнезащитный состав BN@MGO и корпус из полипропилена, чтобы его можно было равномерно распределить в матрице полипропилена.

Между тем, модифицированная обработка BN@MGO имеет зигзагообразный эффект и высокую термическую стабильность, что делает материал более низким коэффициентом теплового расширения и более высокими огнестойкими характеристиками, и эти характеристики могут обеспечить широкое применение композиционного материала PP/BN@MGO. пространство в области высокоэффективных электронных устройств рассеивания тепла, бытовой техники и управления температурным режимом.

При содержании 25 мас.% наполнителя APP/MCA-K-ZB (массовое соотношение APP/MCA-K-ZB 3/1) ПП-композиты могут достичь рейтинга V-0 в тесте UL-94, в то время как предельный кислородный индекс составляет достигает 32,7%.

Между тем, термогравиметрический анализ (ТГА) и тесты сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) показывают, что добавление APP/MCA-K-ZB может образовывать плотный графитовый углеродный слой, и этот плотный углеродный слой может эффективно защитить матрицу ПП под ней от дальнейшего сгорания. , тем самым улучшая термическую стабильность и способность ПП-композитов образовывать углерод.

3. Фосфор Fхромой Rантипирен

Фосфорный антипирен в сорбите с большим количеством гидроксильных групп, легко образует угольный слой при горении, а разложение полифосфата аммония в момент нагрева с образованием фосфатных соединений еще больше усиливает угольный эффект сорбита, образование угольного слоя. замедляет распространение тепла и изолирует кислород, улучшает огнезащитные свойства материала.

Кроме того, сорбит в виде оболочки может играть хорошую дисперсионную роль, препятствуя агрегации частиц МСАРР, а лучшее распределение может одновременно улучшить огнезащитные свойства и механическую прочность материала.

SPDEB содержит полифосфат аммония в качестве антипирена для улучшения огнестойкости полипропиленовых материалов. В системе SPDEB будет разлагать аминорадикалы и алкильные радикалы при воздействии тепла, и оба они могут захватывать высокоактивные радикалы, образующиеся при термическом разложении полимеров, блокируя распад цепей ПП и снижая образование горючих веществ, тем самым играют роль задержки и прекращения горения.

Когда SPDEB используется вместе с полифосфатом аммония, полифосфат аммония может способствовать обезвоживанию SPEDB в древесный уголь и затвердеванию его угольного слоя, что может уменьшить утечку частиц древесного угля во время сгорания и уменьшить выбросы горючих газов.

4. на основе азота Fхромой Rантипирен

MPP при горении будет выделять негорючие газы (включая NH3, NO и H2O) и некоторые фосфорсодержащие вещества, тогда как AP может выделять при высоких температурах газы фосфата алюминия Al2(HPO4)3 и фосфина (PH3), которые не только разбавляют горючие газы в воздухе, но также действуют как газовая защита на поверхности материала, тем самым уменьшая горение.

Кроме того, этот MPP может улетучивать фосфорно-кислородные реакционноспособные радикалы в газ, улавливая высокореактивные радикалы и тем самым прекращая разрывы основной цепи PP.

Супрамолекулярная самосборка — это метод синтеза соединений с конкретными функциями и четко определенной структурой с использованием нековалентных связей, таких как водородные связи и ионные взаимодействия. В системе APP@MEL-TA MEL-TA соединяется с полифосфатом аммония посредством электростатических взаимодействий, покрывая поверхность полифосфата аммония, что улучшает дисперсию полифосфата аммония в полипропиленовых материалах.

В то же время MEL-TA имеет высокое содержание азота и разлагается под действием тепла с выделением большого количества негорючих газов, которые покрывают поверхность материала, уменьшая концентрацию кислорода на поверхности материала и дополнительно улучшая его. огнезащитная способность.

5. Вспучивающийся огнезащитный состав

НикО₂O₄ имеет такие преимущества, как контролируемая морфология, большая удельная площадь поверхности, несколько активных центров, а также простые и разнообразные методы получения, которые, как соединение на основе никеля, обладают превосходной способностью катализировать углерод, как с точки зрения уменьшения продуктов сгорания, так и улучшения огнестойкости. .

В основном это связано с наличием Ni+, который ускоряет термическое разложение ПЕР и усиливает обугливание полифосфата аммония, способствуя образованию расширенного углеродного слоя в системе ПП/ИФР. Между тем, биметаллические оксиды, благодаря своей высокой стабильности и сильной каталитической способности при высоких температурах, способны способствовать образованию плотного и однородного углеродного слоя в материале ПП/ИФР, а также улучшать термическую стабильность как слоя, так и углеродный остаток.

Кроме того, похожий на цветок NiCO₂O₄ имеет большое количество складок, а поверхность контакта с полимером большая и шероховатая, что увеличивает силу сцепления, а цветочная структура обладает высокой стабильностью, что позволяет избежать ее повреждения во время обработки и сохранить структурную целостность.

В то же время древеснообразующие вещества в процессе горения могут фиксироваться между цветочной структурой, чтобы улучшить стабильность слоя древесного угля, тем самым эффективно играя роль барьера для реализации огнезащитных свойств и защиты подложки. .

OS-MCAPP — это разновидность приложения, обработанного SiO.₂ гель, который, действуя как источник газа и кислоты, также помогает ПП сформировать защитный слой угля и защищает подложку ПП от дальнейшего разложения. PEIC, как отличный источник угля, его присутствие играет большую роль в образовании высококачественный вспученный полукокс и способствует получению отличных огнезащитных композитов.

PPA-C реагирует с PER при горении с образованием связей POC и PC, которые способствуют образованию практически бездефектных слоев угля. Кроме того, PPA-C может привести к более раннему термическому разложению ПП и образованию большего количества остатков угля при более высоких температурах.

Между тем, PPA-C и PER обладают хорошим синергетическим эффектом, а огнестойкость PPA-C/PER превосходит традиционную систему APP/PER. Когда содержание PPA-C/PER (3:1) достигает 18% масс., композиты PP/IFR достигают рейтинга V-0 в тесте UL-94, а предельный кислородный индекс может достигать 28,8%.

III. Применение огнестойкого полипропилена в сфере упаковки

ПП-пластик имеет низкую плотность, хорошую прозрачность, нетоксичный и безвкусный, прост в обработке и формовании, низкую цену и другие характеристики, поэтому он имеет огромную прикладную ценность в области упаковки, но такие недостатки ПП-пластика, как воспламеняемость, плохая устойчивость к высоким температурам и другие дефекты ограничивают его развитие в области упаковки. Поэтому в последние годы многие ученые занимаются исследованием полипропиленовых упаковочных материалов с высокими огнезащитными свойствами.

1. Корпус автомобильного аккумулятора

Аккумулятор является одной из наиболее важных частей транспортных средств на новых источниках энергии, и корпус аккумулятора, отвечающий за защиту безопасности аккумулятора, также особенно важен, поскольку требует, чтобы упаковка аккумулятора имела изоляцию, ударопрочность, коррозионную стойкость и хорошие огнезащитные свойства.

Традиционная упаковка аккумуляторов в основном изготавливается из металлических материалов и листового формовочного компаунда (SMC). Однако некоторые из этих двух материалов имеют сложный процесс формования и высокую плотность, что влияет на вес новых энергетических транспортных средств, поэтому ударопрочные полипропиленовые материалы с низкой плотностью привлекли внимание.

Используя полипропиленовую смолу в качестве матрицы, комплексную систему полифосфата аммония/триазина в качестве антипирена, сополимер этилена и октена, эластомеры на основе пропилена и EPDM в качестве упрочнителя, методом смешивания в расплаве получают полипропиленовый материал с огнестойкими свойствами. используется в качестве аккумуляторной батареи транспортных средств на новой энергии.

Этот полипропиленовый материал обладает хорошими огнезащитными свойствами и ударной вязкостью, сохраняя при этом низкую плотность, а также обладает хорошими герметизирующими и водонепроницаемыми характеристиками, и теперь он запущен в серийное производство.

2. Упаковка деталей

Композиты ПП/МХШ/Al2O3/NP были приготовлены методом смешения в расплаве путем модификации нитевидных кристаллов сульфата магния (МГСХ) и оксида алюминия (Al₂O₃), введением на поверхности обоих сшивающего агента КН-550, добавлением азотно-фосфорного комплексного антипирена и ПП-матрицы, и были в дальнейшем переработаны в пленки.

Азотно-фосфорный антипирен, помимо содействия образованию расширенного углеродного слоя в матрице ПП при высокой температуре, реагирует с MHSH с образованием фосфата магния с хорошей термической стабильностью, а присутствие соли фосфата магния повышает прочность расширенного углеродного слоя и играет роль опоры скелета.

Добавление Ала₂O₃ может улучшить теплопроводность материала, так что внутреннее тепло материала быстро передается на поверхность, что играет роль в рассеивании тепла, тем самым улучшая термостойкость материала. Тем временем MHSH и Ал₂O₃ являются жесткими наполнителями с хорошей механической прочностью, которые могут улучшить механические свойства PP/MHSH/Al.₂O₃/НП композитная пленка.

Поэтому ПП/МХШ/Ал₂O₃Композитная пленка /NP обладает как отличными огнезащитными свойствами, так и высокой механической прочностью, что расширяет сферу применения ПП-композитов.

3. Контейнеры для пищевых продуктов

Использование полифосфата аммония в качестве источника газа и кислоты, триазинугольного агента в качестве источника углерода, а затем синергического агента вместе составляют IFR, а затем с чистой обработкой переработанных полипропиленовых ланч-боксов методом смешивания в расплаве для приготовления композиционных материалов из ПП. с высокими огнезащитными свойствами, что доказывает, что ланч-боксы из ПП имеют огромный потенциал для переработки.

IV. Текущие проблемы в исследованиях огнестойкости ПП

В последние годы все больше и больше людей начали изучать огнестойкие композиты ПП, но исследования огнестойкости ПП в основном характеризуются следующими проблемами:

(1) Огнезащитная добавка имеет большой размер и плохую совместимость с матрицей, что приводит к слишком сильному повреждению механических свойств материала, что влияет на использование ПП-композитов.

(2) Большинство современных антипиренов с высокой огнезащитной эффективностью содержат галогены, которые не отвечают требованиям экологической защиты окружающей среды.

(3) Антипирены стоят дороже, что увеличивает себестоимость производства огнестойких материалов из ПП.

Заключение

YINSU Flame Retardant специализируется на предоставлении комплексных огнезащитных решений для полипропиленовых материалов, а ее линейка продуктов охватывает широкий спектр высокоэффективных антипиренов для удовлетворения потребностей различных сценариев применения. Для применений, требующих самых высоких стандартов огнестойкости, компания предлагает огнезащитные средства класса PP V0, такие как ППВ0-П-32М, в которой используется огнезащитная технология с красным фосфором, может гарантировать, что материал соответствует рейтингу UL-94 V0 при строгих испытаниях и подходит для использования на новых, регенерированных, гомополимеризованных и сополимеризованных материалах из полипропилена. Между тем, для экономически чувствительных применений огнезащитный состав PP V2 ППВ2-8Х обеспечивает экономичный и эффективный вариант огнезащитной защиты для переработанных материалов ПП, который не только снижает затраты на материалы, но и сохраняет хорошие огнезащитные свойства.

Кроме того, огнестойкие материалы YINSU Т3 Продукт, который является идеальным партнером бромных антипиренов, может взаимодействовать с ними, значительно усиливая огнезащитный эффект ПП-материалов, легко достигая стандарта класса V0. Компания также выпустила на рынок негалогенированный антипирен пиперазинпирофосфат. PPAP-15, продукт, который не только экологически безопасен, но и обладает высокой огнезащитной эффективностью, предоставляя рынку зеленый вариант огнезащитного покрытия.

YINSU Flame Retardant всегда стремилась предоставлять эффективные и экономичные огнезащитные решения для основных полипропиленовых материалов, как новых, так и переработанных. Благодаря постоянным технологическим инновациям и оптимизации продукции компания YINSU Flame Retardant помогает клиентам обеспечить качество и безопасность продукции, одновременно обеспечивая снижение затрат и способствуя устойчивому развитию отрасли.