Polipropileno (PP), como uno de los cinco plásticos de uso general, se utiliza ampliamente en diversas industrias. Sin embargo, la propiedad inflamable del PP limita su aplicación y dificulta el desarrollo posterior del material, por lo que la gente ha estado preocupada por la modificación retardante de llama del PP.
Los materiales poliméricos son compuestos poliméricos que contienen elementos como carbono, hidrógeno y oxígeno, la mayoría de los cuales son combustibles. La combustión de materiales poliméricos es una serie de cambios físicos y reacciones químicas del proceso integrado, que muestran fenómenos especiales como fusión, ablandamiento y cambios de volumen. El proceso de combustión consta de tres pasos:
En primer lugar, la reacción de descomposición térmica produce pequeñas moléculas de gas, luego la mezcla de gases alcanza las condiciones de combustión para desencadenar una reacción química violenta y, finalmente, la rápida combustión de la mezcla de gases combustibles produce una gran cantidad de calor y el ciclo de reacción continúa.
Dado que el PP tiene un índice de oxígeno de sólo 17.4, es inflamable y genera una gran cantidad de calor durante la combustión, lo que puede provocar fácilmente incendios y representar una amenaza para la vida y la propiedad. En el campo de la electrónica y los aparatos eléctricos, la inflamabilidad del PP restringe su aplicación más amplia, por lo que es necesario realizar un tratamiento ignífugo para los materiales de PP.
Mecanismo retardante de llama
El mecanismo retardante de llama incluye principalmente un mecanismo de terminación de reacción en cadena, un mecanismo de aislamiento de superficie y un mecanismo de intercambio de calor interrumpido. El mecanismo de terminación de la reacción en cadena finaliza la reacción de combustión al consumir HO producido durante el proceso de combustión, el mecanismo de aislamiento de la superficie genera compuestos sólidos para bloquear el contacto con el aire y el mecanismo de intercambio de calor interrumpido absorbe el calor de la combustión para lograr la autoextinción.
El carbón activado en el retardante de llama de hidróxido metálico se puede combinar eficazmente con hidróxido de magnesio para reducir la posibilidad de aglomeración, mejorar la compatibilidad con la matriz de PP y mejorar el retardo de llama del material. La relación y el grado de activación del retardante de llama se ajustaron probando el cambio del valor de absorción de aceite, y finalmente se encontró que el índice de oxígeno limitante alcanzó un valor máximo de 28.9 % cuando se agregó un 25 % en peso de retardante de llama de hidróxido de magnesio modificado con carbón activado. al PP.
Los retardantes de llama de hidróxido metálico son aditivos que se utilizan para mejorar la retardación de llama de los materiales de polipropileno (PP). Para mejorar aún más la resistencia mecánica del material, los investigadores también introdujeron en él elastómero de poliolefina (POE) y nanopartículas de carbonato de calcio (CaCO3). Los resultados mostraron que los compuestos de PP modificados no sólo poseían excelentes propiedades retardantes de llama, sino que también exhibían una alta resistencia mecánica.
Retardantes de llama de boro
Los retardantes de llama de boro desempeñan un papel importante en los compuestos PP/BN@MGO. Debido a la estructura encapsulada y la modificación por alquilación del retardante de llama BN@MGO, el elemento carbono se puede enriquecer en la superficie del relleno, lo que mejora la afinidad con el cuerpo de PP y permite que se distribuya uniformemente en la matriz de PP.
Mientras tanto, el BN@MGO tratado modificado tiene un efecto de trayectoria en zigzag y una alta estabilidad térmica, lo que da como resultado un material con un bajo coeficiente de expansión térmica y un alto retardo de llama. Estas propiedades permiten que los compuestos PP/BN@MGO tengan una amplia gama de aplicaciones en los campos de dispositivos electrónicos de disipación de calor eficiente, electrodomésticos y gestión térmica.
Además, cuando se añadió el retardante de llama de boro APP/MCA-K-ZB al 25% en peso (relación de masa APP/MCA-K-ZB de 3/1), el compuesto de PP pudo alcanzar la clasificación V-0 en UL- 94, mientras que el índice limitante de oxígeno llegó al 32.7%. Los resultados de las pruebas de análisis termogravimétrico (TGA) y microscopía electrónica de barrido (SEM) muestran que la adición de APP/MCA-K-ZB puede formar una capa densa de grafito y carbono, que protege eficazmente la matriz de PP que se encuentra debajo de una mayor combustión y mejora la calidad térmica del material. estabilidad y capacidad de formación de carbono.
Retardantes de llama de silicio
Los HNT-Si en retardantes de llama de silicona pueden mantener la estructura tubular original y girar con la cadena de PP térmicamente degradada para formar una capa densa de carbono, que inhibe eficazmente la transferencia de calor, masa y humo durante la combustión del PP. El polisiloxano puede reducir la polaridad de la superficie de los HNT-Si, aumentando la compatibilidad con el sustrato de PP y el efecto de puenteo de grietas, a su vez, mejora la ductilidad de los compuestos de PP.
Además, entre los retardantes de llama a base de sílice, el nano-Sb2O3 y el OMMT pueden formar una capa densa de carbono después de la modificación, lo que mejora efectivamente la estabilidad térmica y el retardo de llama de los compuestos a base de PP. La nucleación heterogénea de OMMT y nano-Sb2O3 en la matriz de PP puede mejorar la cristalinidad y la resistencia a la tracción de los materiales.
Retardantes de llama de fósforo
El sorbitol y el polifosfato de amonio en los retardantes de llama de fósforo pueden formar una capa carbonizada para retardar la propagación del calor y mejorar la retardación de llama del material. El efecto combinado del SPDEB y el polifosfato de amonio puede mejorar eficazmente el retardo de llama de los materiales de PP y reducir la emisión de gases inflamables.
Retardantes de llama a base de nitrógeno
MPP y AP en retardantes de llama a base de nitrógeno pueden liberar gases no combustibles y sustancias que contienen fósforo, diluir los gases combustibles en el aire y actuar como gas protector, reduciendo así la combustión. Los métodos de autoensamblaje supramolecular pueden utilizar enlaces no covalentes para sintetizar compuestos con estructuras específicas, mejorar la dispersión de retardantes de llama en materiales y mejorar la retardación de llama.
Retardante de llama intumescente
NiCo2O4 es un retardante de llama intumescente con las ventajas de una morfología controlable, una gran superficie específica, múltiples sitios activos y métodos de preparación sencillos y diversos. Como compuesto a base de níquel, exhibe una excelente capacidad catalítica de carbono, que reduce los productos de combustión y mejora la retardación de llama del material.
Esta superioridad se debe principalmente a la función de los iones Ni+ que contiene, que pueden acelerar la descomposición térmica del acrilato de polietileno (PER), mejorar la carbonización del polifosfato de amonio y promover la formación de una capa de carbón expandido en polipropileno (PP)/retardante de llama intumescente. sistema. Mientras tanto, los óxidos bimetálicos son estables a altas temperaturas y tienen una fuerte capacidad catalítica, lo que ayuda a que el compuesto retardante de llama expandido/PP forme una capa de carbón densa y uniforme y mejore la estabilidad térmica de la capa de carbón y del residuo de carbón.
Además, la estructura de NiCo2O4 en forma de flor tiene una gran cantidad de pliegues en la superficie y un área de contacto grande y rugosa con el polímero, lo que mejora la unión. Esta estructura similar a una flor tiene una gran estabilidad, lo que ayuda a evitar daños durante el procesamiento y mantiene la integridad de la estructura. Durante el proceso de combustión, las sustancias que forman el carbón se pueden fijar entre la estructura similar a una flor, lo que mejora la estabilidad de la capa de carbón y desempeña eficazmente el papel de barrera para lograr retardo de llama y protección del sustrato.
Además del NiCo2O4, hay otros componentes clave que desempeñan un papel importante en el efecto retardante de llama. El OS-MCAPP tratado con gel de SiO2 actúa como fuente de gas y ácido y ayuda al PP a formar una capa protectora de carbón que protege la matriz de PP de una mayor descomposición. PEIC, como excelente fuente de carbón, desempeña un papel clave en la formación de carbón expandido de alta calidad y facilita la adquisición de compuestos retardantes de llama.
El PPA-C reacciona con el PER durante la combustión para formar enlaces POC y enlaces PC, que contribuyen a la formación de una capa de carbón prácticamente libre de defectos. Además, el PPA-C puede hacer que el PP se descomponga térmicamente antes y produzca más residuos de carbón a temperaturas más altas. Existe una buena sinergia entre PPA-C y PER, y el retardo de llama del sistema PPA-C/PER es superior al del sistema APP/PER convencional. Cuando el contenido de PPA-C/PER (3:1) alcanza el 18% en peso, el material compuesto retardante de llama intumescente/PP alcanza la clasificación V-0 según la prueba UL-94, y el índice de oxígeno final puede alcanzar el 28.8%.
Materiales de PP retardantes de llama para aplicaciones de embalaje
El plástico PP tiene baja densidad, buena transparencia, no es tóxico e inodoro, es fácil de procesar y moldear, tiene un precio bajo y otras características, lo que lo hace tener un enorme potencial de aplicación en el campo del embalaje. Sin embargo, los defectos del plástico PP, como la inflamabilidad y la escasa resistencia a altas temperaturas, han limitado su desarrollo en el campo del embalaje. Por ello, en los últimos años, muchos estudiosos se han dedicado al estudio de materiales de embalaje de PP con altas propiedades retardantes de llama.
Carcasa de batería de coche
Las baterías son uno de los componentes clave de los vehículos de nueva energía, por lo que una carcasa que la proteja de forma segura es crucial. El embalaje de baterías tradicional utiliza principalmente materiales metálicos y materiales compuestos de moldeo en láminas (SMC), pero la complejidad y densidad del proceso de moldeo de estos materiales afectan el aligeramiento de los vehículos de nueva energía. Por lo tanto, se presta atención a los materiales PP con baja densidad y buena resistencia al impacto.
En la fabricación se utilizó un material de PP con propiedades retardantes de llama preparado a partir de una matriz de resina de PP, un sistema complejo de polifosfato de amonio/triazina como retardante de llama, un copolímero de etileno-octeno, un elastómero a base de propileno y un adhesivo de EPDM como agente endurecedor. Carcasas para baterías de automóviles de nueva energía. Este material PP mantiene una baja densidad y tiene buenas propiedades retardantes de llama y resistencia al impacto, así como buenas propiedades de sellado e impermeabilización.
Embalaje de componentes
Los compuestos PP/MHSH/Al2O3/NP se prepararon mediante el método de mezcla en fusión modificando el bigote de sulfato de magnesio alcalino (MHSH) y alúmina (Al2O3) con el agente reticulante KH-550, y agregando un retardante de llama complejo de nitrógeno-fósforo y una matriz de PP, y procesados posteriormente para formar películas.
El retardante de llama complejo de nitrógeno y fósforo no solo promueve la formación de una capa de carbono expandido en la matriz de PP a alta temperatura, sino que también reacciona con MHSH para generar sal de fosfato de magnesio, lo que mejora la resistencia de la capa de carbono expandido. La adición de Al2O3 Mejora la conductividad térmica del material, de modo que el calor interno se transfiere rápidamente a la superficie, lo que sirve como disipación de calor y mejora la resistencia al calor. Además, MHSH y Al2O3 actuaron como rellenos rígidos para mejorar las propiedades mecánicas de la película compuesta de PP/MHSH/Al2O3/NP. Por lo tanto, la película compuesta de PP/MHSH/Al2O3/NP tiene excelentes propiedades retardantes de llama y alta resistencia mecánica.
Alimentos contenedor
Se prepararon compuestos de PP con altas propiedades retardantes de llama mediante la mezcla en fusión de IFR que consiste en polifosfato de amonio, agente formador de carbono de triazina y coefector con loncheras de polipropileno reciclado tratado limpio, lo que demuestra el potencial del reciclaje de loncheras de PP.
Problemas con el retardo de llama del PP
Aunque cada vez más personas empiezan a estudiar los composites de PP ignífugos, actualmente existen algunos problemas:
1. aditivo retardante de llama, mala compatibilidad con la matriz, que afecta las propiedades mecánicas del material;
2. Los retardantes de llama eficaces contienen en su mayoría halógenos y no cumplen los requisitos medioambientales;
3. Los retardantes de llama son caros, lo que aumenta los costes de producción.
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