Как сделать антипирен из EPDM, не содержащий галогенов? Огнезащитный состав YINSU даст вам ответ!
Этиленпропилендиеновый каучук (EPDM) представляет собой сополимер этилена, пропилена и несопряженного диена, основная молекулярная цепь EPDM имеет насыщенную структуру, только небольшое количество ненасыщенных групп молекулярной боковой цепи, молекулярная структура EPDM обладает превосходной устойчивостью к старению, озону, коррозии, электроизоляционным и другим свойствам, широко используется в строительстве, автомобильных деталях, кабелях и проводах и других областях.
Однако EPDM является углеводородным материалом, кислородный индекс всего около 19, очень легко горит, а количество дыма при горении больше, это ограничения по его применению. Чтобы решить проблему воспламеняемости, в EPDM необходимо добавлять антипирены. Традиционный метод огнезащиты заключается в добавлении более высокой огнезащитной эффективности в огнезащитную систему на основе галогена / сурьмы EPDM, этот тип огнезащитной добавки небольшой, механические свойства материала и производительность обработки невелики, но при сгорании образуется большое количество дыма, а также токсичный, едкий галогеноводородный газ, что приводит к вторичному загрязнению, издается множество правил по ограничению использования галогенированного пламени. замедлители.
В настоящее время направление исследований огнезащитных средств EPDM в стране и за рубежом смещается от традиционных галогенных антипиренов к безгалогенным и экологически чистым антипиренам. В данной статье обобщается и анализируется современное состояние отечественных и зарубежных исследований безгалогенных антипиренов EPDM, а также рассматриваются направления развития исследований безгалогенных антипиренов EPDM.
Неорганические антипирены на основе металлических соединений
Обычно используемыми неорганическими антипиренами на основе соединений металлов являются кальций-алюминий, карбонат кальция, борат цинка, Al(OH)3, Mg(OH) 2 и т. д. Среди них на антипирен Al(OH) 3 приходится более 80% дозы неорганического антипирена на основе металлов, который обладает преимуществами хорошей стабильности, нелетучести, коррозийности, низкой цены и т. д. Механизм огнезащиты Al(OH) 3 заключается в следующем: Механизм огнезащитного действия Al(OH)3 заключается в следующем: Al(OH)3 можно использовать в качестве наполнителя для снижения концентрации горючих полимерных материалов, а также для разложения и обезвоживания под действием тепла при высокой температуре, а водяной пар, образующийся при обезвоживании, может разбавлять концентрацию кислорода и горючих газов и отводить часть тепла, чтобы ингибировать повышение температуры резины; в то же время покрытие из оксида металла на поверхности резины после дегидратации Al(OH)3 может предотвратить дальнейшее горение резины и, таким образом, играть роль антипирена.
Однако этот вид антипирена имеет недостатки, заключающиеся в низкой огнезащитной эффективности, плохой совместимости с резиной и т. д., и его необходимо добавлять в большем количестве, чтобы получить умеренные огнезащитные свойства, а добавление слишком большого количества определенно повлияет на механические свойства и производительность обработки подложки. Для улучшения огнезащитных свойств неорганических гидроксидов обычно используются: обработка поверхности, использование гидроксидов меньшего микронного или наноразмерного размера, а также другие антипирены, синергетически смешанные с использованием гидроксида алюминия с высоким содержанием наполнителей для получения безгалогенного огнестойкого каучука EPDM.
Было установлено, что предел прочности EPDM при наполнении 160 частями гидроксида алюминия составил 5,3 МПа; после модификации поверхности гидроксида алюминия винилтриэтоксисиланом предел прочности EPDM увеличен до 5,9 МПа, а кислородный индекс снижен с 30 до 29; предел прочности EPDM был увеличен до 9,1 МПа, а кислородный индекс был снижен с 30 до 29 после механического измельчения гидроксида алюминия для уменьшения размера частиц, а предел прочности был увеличен до 7,9 МПа. 9,1 МПа, кислородный индекс увеличился с 26,5 до 29,0; гидроксид алюминия и другие антипирены, такие как гидроксид магния, триоксид сурьмы, борат цинка и т. д., и обнаружили, что одноразовое использование гидроксида алюминия с высоким наполнителем EPDM и высоким кислородным индексом.
Научно-исследовательская группа YINSU изучила влияние различных количеств гидроксида алюминия и гидроксида магния на огнезащитные свойства EPDM, используя конусный калориметр для определения скорости тепловыделения в процессе сгорания EPDM и анализа морфологии продуктов сгорания. Результаты показывают, что: EPDM с высоким содержанием гидроксида наполнителя пригоден для получения малодымного безгалогенного огнестойкого каучука; синергисты огнестойких веществ - красный фосфор и борат цинка - могут эффективно способствовать образованию древесного угля и улучшать огнезащитные свойства материала, но увеличивают общее выделение дыма при горении материала; Добавление соответствующего количества технического углерода может помочь улучшить огнезащитные свойства резины, но наполнение парафиновым маслом не способствует огнезащитному составу, и явление, способствующее горению, становится более заметным.
Силиконовые антипирены
Кремниевые антипирены можно разделить на неорганические кремниевые антипирены и кремнийорганические антипирены в зависимости от их структуры. Неорганические силиконовые антипирены в основном используются для формирования покровного слоя SiO2 на поверхности подложки во время горения, который играет роль теплоизоляции и защиты, но их огнезащитная эффективность невысока, и по отдельности они обычно не используются. Кремнийорганический антипирен — это экологически чистый, не содержащий галогенов антипирен, разработанный в последние годы, в основном состоящий из силиконового масла, силиконовой смолы, силиконового каучука, органосиланоламида, сесквисилоксана в клетке и т. д., который обладает преимуществами высокой эффективности, низкого дымообразования, защиты от капель и т. д. Сесквисилоксан в клетке — это новый тип органо-неорганического гибридного материала с неорганическим скелетом, состоящим из Si, O и покрытым органическими заместителями, который обладает превосходной термической стабильностью, огнестойкостью и диэлектрическими свойствами и, таким образом, имеет хорошие перспективы применения.
Научно-исследовательская группа YINSU создала композитный материал, используя самосинтезированный каркасный октафенил-сесквикарбосилоксан (OPS) с EPDM и вулканизирующим агентом, а также измерила механические свойства, кислородный индекс, огнестойкость UL-94 и термическую стабильность композитного материала. Результаты показали, что добавление 20 OPS удвоило прочность EPDM на разрыв, увеличило начальную температуру термического разложения на 19°C, увеличило кислородный индекс на 18,5% и снизило скорость тепловыделения на 18,3%.
Группа исследований и разработок YINSU использовала октаметилолигосилсесквиоксан (OMPOSS) и ExolitOP950 (соединение сложного эфира фосфорной кислоты) в качестве антипиренов и смешала их с переработанным PET, чтобы изучить их синергетический огнезащитный эффект. добавление OP950 и OMPOSS способствовало образованию угольного слоя в процессе горения и эффективно подавляло стекание расплава, а при массовом соотношении OP950 и OMPOSS составляло 9:1, увеличивало предел прочности EPDM на 18,5% и снижало скорость тепловыделения на 18,5%. Когда массовое соотношение OP950 и OMPOSS составляет 9:1, кислородный индекс композитной системы высок, скорость тепловыделения снижается до низкой, а слой расширенного угля после сгорания становится однородным и плотным, поэтому синергетический эффект более очевиден.
Вспучивающийся огнезащитный состав
Вспучивающийся антипирен является важным материалом для получения безгалогенной экологически чистой огнестойкой резины. Вспучивающийся огнезащитный состав представляет собой композитный антипирен с углеродом, азотом и фосфором в качестве основных компонентов, который обычно состоит из 3 частей: источник углерода (карбонизатор), источник кислоты (осушающий агент) и источник газа (вспучивающийся агент). Вспучивающиеся антипирены в основном включают полифосфат аммония, меламин, тетракозанол и так далее. Резина с вспучивающимся огнезащитным составом при горении образует на поверхности равномерный слой углеродной пены, и этот углеродный слой может играть роль теплоизоляции, кислородного барьера, подавления дыма и лучше предотвращать горение. Вспучивающиеся антипирены обладают такими преимуществами, как лучший огнезащитный эффект, низкий дым, низкая токсичность, отсутствие агрессивных газов, низкая стоимость и т. д., и поэтому широко используются в огнезащитных свойствах полимеров.
Команда исследований и разработок YINSU подготовила огнестойкие материалы EPDM с использованием композитного вспучивающегося огнестойкого материала NP430. Результаты показывают, что вспучивающийся огнезащитный состав NP430 оказывает хорошее огнезащитное действие на EPDM, а синергетический огнезащитный эффект хорош, когда сополимер этилена и винилацетата с источником кислоты (EVA) и смола с высоким содержанием стирола (HS) с источником углерода используются параллельно; когда соотношение EPDM/EVA/HS составляет 80 ∶ 8,6 ∶ 11,4, а дозировка антипирена NP430 равна 90, предельный кислородный индекс может достигать 47,6%, а антипирен NP430 можно наносить на EPDM, который является хорошим антипиреном. Однако заполнение неорганическими наполнителями, такими как углеродная сажа, кремнезем, карбонат кальция, расширяющийся графит и т. д., приведет к утечке дымовых газов, что серьезно неблагоприятно для процесса расширения, и приведет к выходу из строя вспучивающихся антипиренов.
Научно-исследовательская группа YINSU подготовила огнестойкие материалы EPDM, синтезировав новый тип вспучивающегося антипирена PDP, который сочетает в себе три вспучивающихся активных компонента в одной органической молекуле. Результаты показывают, что при добавлении ПДП в количестве 60 частей предельный кислородный индекс EPDM достигает 30, а результат испытаний UL-94 соответствует классу FV-0. Результаты механических испытаний показали, что увеличение содержания ПДФ может улучшить огнезащитные свойства EPDM, но повредит его механические свойства.
Фосфорные антипирены
Фосфорные антипирены можно разделить на две категории: неорганические фосфорные антипирены и органические фосфорные антипирены.
Неорганические фосфорные антипирены в основном включают красный фосфор, фосфат аммония и полифосфат аммония и т. д. Они обладают преимуществами хорошей стабильности, нелетучести, негалогенированности и т. д. Однако они также имеют недостатки в виде низкой огнезащитной эффективности и поглощения влаги, а красный фосфор также имеет проблему окрашивания, что влияет на цвет продукции.
Научно-исследовательская группа YINSU подготовила каучук EPDM с использованием красного фосфора в качестве антипирена. Результаты показали, что кислородный индекс каучука EPDM был насыщенным, когда количество добавленного красного фосфора составляло 9 частей; красный фосфор и Mg(OH)2 оказывают суммарно-замедляющее действие в каучуке EPDM, а SiO2 оказывает ингибирующее действие на огнезащитный эффект красного фосфора в каучуке EPDM. Органические фосфорсодержащие антипирены включают фосфатный эфир, фосфит, фосфонат, органические соли фосфора, оксид фосфора, алкилфосфористую кислоту, гетероциклические соединения фосфора и полимерные эфиры фосфорной (фосфоновой) кислоты.
Органические фосфорные антипирены в основном за счет огнезащитного механизма в конденсированной фазе играют роль антипирена. При горении фосфорорганические антипирены разлагаются при высоких температурах с образованием фосфорной кислоты и негорючих газов, фосфорная кислота разлагается на метафосфорную кислоту при высоких температурах, а метафосфорная кислота может полимеризоваться в поли(метафосфорную кислоту). Среди них метафосфорная кислота является вязким материалом, может образовывать слой пленки фосфорной кислоты - метафосфорной кислоты - полиметафосфорной кислоты, температура кипения пленки до 300 ℃. Эта пленка покрывает поверхность резины, которая может изолировать воздух и предотвращать выход свободных радикалов; Поли(метафосфорная кислота) представляет собой сильную кислоту, которая может вызвать дегидратацию и карбонизацию полимера, а также образовать угольный слой на поверхности резины, что может дополнительно изолировать воздух и улучшить огнезащитный эффект. По сравнению с галогенными антипиренами, фосфорные антипирены в материале одновременно обеспечивают хорошие огнезащитные свойства, но также имеют небольшое количество дыма, не легко образуют токсичные и коррозийные газы и другие преимущества и не влияют на механические свойства подложки и производительность обработки. Органические фосфорные антипирены считаются одной из разновидностей, способных заменить галогенные антипирены.
В настоящее время о фосфорсодержащем антипирене, применяемом к полимерному огнезащитному составу, сообщается больше, но о применении к огнестойкому резиновому материалу сообщения встречаются реже, он в основном используется в качестве синергетического антипирена, который обычно используется как фосфорно-азотный синергетический огнезащитный состав.
Фосфорно-азотная синергетическая огнезащитная система
Синергическая огнезащитная система фосфор-азот обладает преимуществами фосфорного антипирена и азотного антипирена. Добавляя азот в фосфорный антипирен, можно улучшить термическую стабильность и уменьшить количество дыма, и в то же время уменьшить количество антипирена. Благодаря синергетическому и синергетическому эффекту между фосфорными и азотными антипиренами, фосфорно-азотная синергетическая огнезащитная система стала в последние годы горячей точкой в исследованиях безгалогенных антипиренов и рассматривается как одно из направлений разработки безгалогенных антипиренов в будущем.
Мы подготовили безгалогенные огнестойкие резиновые материалы EPDM, используя цианурат меламина и гипофосфит диэтилалюминия в качестве составных антипиренов и гипофосфит алюминия в качестве синергиста. Показано, что при дозировке цианурата меламина 76 частей, гипофосфита диэтилалюминия 14 частей и гипофосфита алюминия 10 частей, степень вертикального горения EPDM - до ФВ-0, кислородный индекс - 30, EPDM обладает хорошими технологическими и механическими свойствами.
Мы ввели углеобразующий катализатор гетерополикислоту (HPA) и огнезащитный модификатор CR, и результаты показали, что нейлон 6, армированный стекловолокном, может достичь уровня огнестойкости UL-941,6 мм V-0 и хороших механических свойств при добавлении 2% HPA и 2% CR в огнезащитную систему.
Перспективы исследований
EPDM является разновидностью важного синтетического каучука, и его использование уступает только SBR и цис-бутадиеновому каучуку, став третьим по величине синтетическим каучуком в мире. Между тем, с развитием экономики и повышением осведомленности людей об охране окружающей среды, новый тип безгалогенных, экологически чистых и эффективных антипиренов постепенно заменит традиционные галогенные антипирены.
