Образование полимерного полукокса и огнезащитная технология, препятствующая капанию
Образование угля является одним из ключевых методов твердофазной огнестойкости полимеров. Создавая углеродистый слой на поверхности полимера, он предотвращает контакт внутренней части полимера с горючими газами или кислородом, тем самым обеспечивая огнестойкость.
В механизмах огнезащиты фосфорсодержащие антипирены могут способствовать образованию угля в кислородсодержащих полимерах, таких как эпоксидные смолы, полиуретаны и ненасыщенные полиэфиры, путем дегидратации и образования угля. Борсодержащие антипирены, такие как борат цинка, также способствуют образованию угля. Вспучивающиеся антипирены обеспечивают огнестойкость за счет образования угля, что делает их особенно эффективными в этом отношении.
I. Процесс горения полимеров и общие принципы образования полукокса.
На каждые 1/3 увеличения выхода угля дымообразование уменьшается на 1/2. Для достижения максимальной удельной оптической плотности (Dm) в полимерах менее 100 выход угля должен составлять не менее 30%. Чтобы соответствовать классу огнестойкости UL94V-0, выход угля должен превышать 30%.
Большинству полимеров свойственны низкие свойства образования угля и выходы угля, как подробно описано в таблице ниже.
Как правило, соединения с высоким содержанием двойных связей, такие как ароматические группы, гидроксильные группы, эфирные группы и сложноэфирные группы, проявляют более высокие свойства образования угля. Примеры включают полиуретан (ПУ), полиацетилен, пентаэритрит, целлюлозу и ее производные, производные меламина и изоцианурат.
II. Методы повышения выхода полимерного полукокса
Добавление антипиренов, образующих обугливание. Примеры включают сложные эфиры фосфорной кислоты, агенты на основе бора и вспучивающиеся антипирены.
Сшивка для содействия образованию угля. Добавление сшивающих агентов может усилить образование угля в таких полимерах, как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) и полистирол (ПС). В случае акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) для образования угля можно использовать привитую сополимеризацию.
Добавление углеобразующих агентов: типичные углеобразующие агенты включают пентаэритрит, изоцианаты, производные меламина, целлюлозу и ее производные, полифениленоксид (PPO), фенолформальдегид (PF), полиэфиримид (PEI), поликарбонат (PC), полиимид (PI), полиамид (PA) и термопластичный полиуретан (TPU). Эти агенты могут только обугливаться сами и не могут катализировать образование обугливания в других материалах, поэтому их добавление должно составлять не менее 5%.
Добавление каталитических синергистов, образующих уголь: примеры включают оксиды металлов и алюмосиликаты, такие как цеолит, тальк, каолин и гидротальцит. Они могут катализировать образование угля в других компонентах и обычно добавляются в количествах ниже 5%. Например, добавление 1% оксида цинка может увеличить кислородный индекс огнезащитного состава ABS на 5%.
III. Полимерная противокапельная огнестойкая технология
Капание полимера во время горения относится к явлению, когда расплавленный полимер падает во время горения. Это строго запрещено для огнезащитных полимеров, поскольку капли могут воспламенить предметы, находящиеся под горящим материалом, что будет способствовать распространению огня. Испытание UL на вертикальное горение указывает на то, что капли не должны воспламенять находящиеся внизу предметы.
Многие полимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, ударопрочный полистирол (HIPS), полиамид (PA) и поликарбонат (ПК), обладают характеристиками стекания расплава. Поэтому необходимы противокапельные модификации. Технология образования полимерного полукокса является одним из основных методов предотвращения капания, а противокапельная технология часто совпадает с образованием угля. Вводятся следующие методы:
Добавление сшивающих агентов. Сшивка является эффективным методом содействия образованию угля и основным средством предотвращения стекания. Например, добавление к ПП сшивающих агентов, таких как триаллилизоцианурат (TAIC) или дикумилпероксид (DCP), может вызвать реакции сшивки. Это увеличивает образование угля на поверхности горения, эффективно предотвращая образование расплавленных капель при высоких температурах.
1. Добавление сшивающего агента
Сшивка является эффективным способом содействия образованию древесного угля, но также основные технические средства противокапельной защиты, такие как добавление триаллилтриизоцианата (TAIC) или диизопропилпероксидбензола (DCP) сшивающего агента в ПП, могут вызвать реакцию сшивки ПП, поверхность объекта горения при сжигании древесного угля увеличивается, может эффективно предотвратить капание расплава при высоких температурах.
2. Добавьте противокапельный агент.
Более эффективный противокапельный агент для политетрафторэтилена (F4), принцип использования F4 при переработке полимеров с фибрилляционным эффектом, значительное увеличение прочности расплава и модуля упругости расплава, даже если удлинение расплава из-за высокой прочности также не будет капать, вы можете играть противокапельную роль, чтобы уменьшить распространение пламени. Кроме того, это также может повысить прочность расплава и противосхлопывающие свойства полимера.
Сегодня на рынке существует два типа противокапельных агентов: чистый ПТФЭ и модифицированный ПТФЭ. Чистый политетрафторэтилен используется напрямую, имеет плохую диспергируемость, его легко агломерировать, поэтому этот процесс затруднителен, а плохое диспергирование приведет к плохой поверхности продукта и плохому противокапельному эффекту.
В настоящее время на рынке имеется специальный модифицированный порошок ПТФЭ, типичные продукты, такие как противокапельный агент PA-5935, разработанный американской компанией 3M, который основан на фторсодержащих добавках ПТФЭ, специально предназначенных для использования САН для обработки упаковки, а смолы общего назначения имеют лучшую совместимость и прозрачность, массовое соотношение ПТФЭ и САН составляет 7:3 ~ 5:5.
Помимо противокапельного агента из ПТФЭ, роль противокапельного агента могут играть некоторые неорганические наполнители, в частности, такие как тальк, органический монтмориллонит, оксиды металлов и т. д., из которых органический монтмориллонит также обладает как углеобразующими свойствами, так и антимиграционными свойствами.
3. Добавьте средство совместимости
Добавьте компатибилизатор против капельного принципа: добавьте компатибилизатор после совместимости компонентов формулы, чтобы улучшить количество древесного угля, может достигать 15,88%, тем самым улучшая уплотнение слоя горящего угля, играя роль в противокапельной защите.
Добавление соответствующего количества PP-g-MAH в формулу ПП/надутый огнезащитный состав (IFR) 70:30 не только улучшает огнезащитные характеристики, но также обеспечивает отсутствие капель, в то время как формула чистого ПП/надутого огнестойкого материала (IFR) 70:30 имеет явление капания.
