Polypropylène (PP), l'un des cinq plastiques à usage général, est largement utilisé dans diverses industries. Cependant, la propriété inflammable du PP limite son application et entrave le développement ultérieur du matériau, c'est pourquoi les gens se sont inquiétés de la modification ignifuge du PP.
Les matériaux polymères sont des composés polymères contenant des éléments tels que le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, dont la plupart sont combustibles. La combustion de matériaux polymères est une série de changements physiques et de réactions chimiques du processus intégré, montrant des phénomènes particuliers tels que la fusion et le ramollissement, ainsi que des changements de volume. Le processus de combustion comprend trois étapes :
Premièrement, la réaction de décomposition thermique produit de petites molécules de gaz, puis le mélange gazeux atteint les conditions de combustion pour déclencher une violente réaction chimique, et enfin, la combustion rapide du mélange gazeux combustible produit une grande quantité de chaleur, et le cycle de réaction continue.
Étant donné que le PP a un indice d'oxygène de seulement 17.4, il est inflammable et génère une grande quantité de chaleur lors de sa combustion, ce qui peut facilement provoquer des incendies et constituer une menace pour la vie et les biens. Dans le domaine de l'électronique et des appareils électriques, l'inflammabilité du PP limite son application plus large, il est donc nécessaire d'effectuer un traitement ignifuge pour les matériaux PP.
Mécanisme ignifuge
Le mécanisme ignifuge comprend principalement un mécanisme de terminaison de réaction en chaîne, un mécanisme d'isolation de surface et un mécanisme d'échange thermique interrompu. Le mécanisme de terminaison de la réaction en chaîne met fin à la réaction de combustion en consommant du HO produit pendant le processus de combustion, le mécanisme d'isolation de surface génère des composés solides pour bloquer le contact avec l'air et le mécanisme d'échange thermique interrompu absorbe la chaleur de combustion pour parvenir à l'auto-extinction.
Le charbon actif contenu dans le retardateur de flamme à base d'hydroxyde métallique peut se combiner efficacement avec l'hydroxyde de magnésium pour réduire le risque d'agglomération, améliorer la compatibilité avec la matrice PP et améliorer le caractère ignifuge du matériau. Le rapport et le degré d'activation du retardateur de flamme ont été ajustés en testant le changement de la valeur d'absorption d'huile, et il a finalement été constaté que l'indice limite d'oxygène atteignait une valeur maximale de 28.9 % lorsque 25 % en poids de retardateur de flamme d'hydroxyde de magnésium modifié par du charbon actif ont été ajoutés. à PP.
Les retardateurs de flamme à base d'hydroxyde métallique sont des additifs utilisés pour améliorer le caractère ignifuge des matériaux en polypropylène (PP). Afin d’améliorer encore la résistance mécanique du matériau, les chercheurs y ont également introduit de l’élastomère polyoléfinique (POE) et des nanoparticules de carbonate de calcium (CaCO3). Les résultats ont montré que les composites PP modifiés possédaient non seulement d’excellentes propriétés ignifuges, mais présentaient également une résistance mécanique élevée.
Retardateurs de flamme au bore
Les retardateurs de flamme au bore jouent un rôle important dans les composites PP/BN@MGO. En raison de la structure encapsulée et de la modification d'alkylation du retardateur de flamme BN@MGO, l'élément carbone peut être enrichi à la surface de la charge, ce qui améliore l'affinité avec le corps PP et lui permet d'être uniformément réparti dans la matrice PP.
Parallèlement, le BN@MGO traité modifié présente un effet de chemin en zigzag et une stabilité thermique élevée, ce qui donne un matériau avec un faible coefficient de dilatation thermique et un caractère ignifuge élevé. Ces propriétés permettent aux composites PP/BN@MGO d'avoir une large gamme d'applications dans les domaines des appareils électroniques à dissipation thermique efficace, des appareils électroménagers et de la gestion thermique.
De plus, lorsque le retardateur de flamme au bore APP/MCA-K-ZB était ajouté à 25 % en poids (rapport massique APP/MCA-K-ZB de 3/1), le composite PP pouvait atteindre la cote V-0 selon UL- 94, tandis que l'indice limite d'oxygène atteignait 32.7 %. Les résultats des tests d'analyse thermogravimétrique (TGA) et de microscopie électronique à balayage (MEB) montrent que l'ajout d'APP/MCA-K-ZB peut former une couche dense de carbone graphite, qui protège efficacement la matrice PP située en dessous d'une combustion ultérieure et améliore la résistance thermique du matériau. stabilité et capacité de formation de carbone.
Retardateurs de flamme au silicium
Les HNT-Si contenus dans les retardateurs de flamme en silicone peuvent conserver la structure tubulaire d'origine et se tordre avec la chaîne PP thermiquement dégradée pour former une couche de carbone dense, qui inhibe efficacement le transfert de chaleur, de masse et de fumée pendant la combustion du PP. Le polysiloxane peut réduire la polarité de la surface du HNT-Si, augmentant ainsi la compatibilité avec le substrat PP, et l'effet de pontage des fissures améliore à son tour la ductilité des composites PP.
De plus, parmi les ignifugeants à base de silice, le nano-Sb2O3 et l'OMMT peuvent former une couche de carbone dense après modification, ce qui améliore efficacement la stabilité thermique et le caractère ignifuge des composites à base de PP. La nucléation hétérogène de l'OMMT et du nano-Sb2O3 dans la matrice PP peut améliorer la cristallinité et la résistance à la traction des matériaux.
Retardateurs de flamme au phosphore
Le sorbitol et le polyphosphate d'ammonium contenus dans les retardateurs de flamme au phosphore peuvent former une couche carbonisée pour retarder la propagation de la chaleur et améliorer le caractère ignifuge du matériau. L'effet combiné du SPDEB et du polyphosphate d'ammonium peut améliorer efficacement le caractère ignifuge des matériaux PP et réduire les émissions de gaz inflammables.
Retardateurs de flamme à base d'azote
Le MPP et l'AP contenus dans les retardateurs de flamme à base d'azote peuvent libérer des gaz non combustibles et des substances contenant du phosphore, diluer les gaz combustibles dans l'air et agir comme protection contre les gaz, réduisant ainsi la combustion. Les méthodes d'auto-assemblage supramoléculaires peuvent utiliser des liaisons non covalentes pour synthétiser des composés dotés de structures spécifiques, améliorer la dispersion des retardateurs de flamme dans les matériaux et améliorer le caractère ignifuge.
Ignifuge intumescent
NiCo2O4 est un ignifuge intumescent présentant les avantages d'une morphologie contrôlable, d'une grande surface spécifique, de plusieurs sites actifs et de méthodes de préparation simples et diverses. En tant que composé à base de nickel, il présente une excellente capacité catalytique du carbone, ce qui réduit les produits de combustion et améliore le caractère ignifuge du matériau.
Cette supériorité provient principalement du rôle des ions Ni+, qui peuvent accélérer la décomposition thermique du polyéthylène acrylate (PER), améliorer la carbonisation du polyphosphate d'ammonium et favoriser la formation d'une couche de charbon expansé dans le polypropylène (PP)/ignifuge intumescent. système. Parallèlement, les oxydes bimétalliques sont stables à haute température et ont une forte capacité catalytique, ce qui permet au composite ignifuge PP/expansé de former une couche de charbon dense et uniforme et d'améliorer la stabilité thermique de la couche de charbon et des résidus de charbon.
De plus, la structure NiCo2O4 en forme de fleur présente un grand nombre de plis en surface et une zone de contact large et rugueuse avec le polymère, ce qui améliore la liaison. Cette structure en forme de fleur a une forte stabilité, ce qui permet d'éviter les dommages pendant le traitement et de maintenir l'intégrité de la structure. Pendant le processus de combustion, les substances formant du charbon peuvent être fixées entre la structure en forme de fleur, ce qui améliore la stabilité de la couche de charbon et joue efficacement le rôle de barrière pour obtenir l'ignifugation et la protection du substrat.
Outre le NiCo2O4, il existe un certain nombre d'autres composants clés qui jouent un rôle important dans l'effet ignifuge. L'OS-MCAPP traité au gel de SiO2 agit à la fois comme une source de gaz et d'acide et aide le PP à former une couche de charbon protectrice qui protège la matrice du PP d'une décomposition ultérieure. Le PEIC, en tant qu'excellente source de charbon, joue un rôle clé dans la formation de charbon expansé de haute qualité et facilite l'acquisition de composites ignifuges.
Le PPA-C réagit avec le PER pendant la combustion pour former des liaisons POC et PC, qui contribuent à la formation d'une couche de charbon pratiquement sans défaut. De plus, le PPA-C peut provoquer une décomposition thermique plus précoce du PP et produire davantage de résidus de charbon à des températures plus élevées. Il existe une bonne synergie entre PPA-C et PER, et le caractère ignifuge du système PPA-C/PER est supérieur à celui du système APP/PER conventionnel. Lorsque la teneur en PPA-C/PER (3 : 1) atteint 18 % en poids, le matériau composite ignifuge PP/intumescent atteint l'indice V-0 selon le test UL-94, et l'indice d'oxygène ultime peut atteindre 28.8 %.
Matériaux PP ignifuges pour les applications d'emballage
Le plastique PP a une faible densité, une bonne transparence, un traitement et un moulage non toxiques et inodores, un prix bas et d'autres caractéristiques, ce qui lui confère un énorme potentiel d'application dans le domaine de l'emballage. Cependant, les défauts du plastique PP tels que l’inflammabilité et la mauvaise résistance aux hautes températures ont limité son développement dans le domaine de l’emballage. Par conséquent, ces dernières années, de nombreux chercheurs se sont consacrés à l’étude des matériaux d’emballage en PP dotés de propriétés ignifuges élevées.
Boîtier de batterie de voiture
Les batteries sont l’un des composants clés des véhicules à énergies nouvelles, c’est pourquoi un boîtier de batterie qui protège la batterie en toute sécurité est crucial. L'emballage traditionnel des batteries utilise principalement des matériaux métalliques et des matériaux de moulage en feuille (SMC), mais la complexité et la densité du processus de moulage de ces matériaux affectent l'allègement des véhicules à énergie nouvelle. Par conséquent, une attention particulière est portée aux matériaux PP à faible densité et à bonne résistance aux chocs.
Un matériau PP doté de propriétés ignifuges préparé à partir d'une matrice de résine PP, d'un système complexe polyphosphate d'ammonium/triazine comme ignifugeant, d'un copolymère éthylène-octène, d'un élastomère à base de propylène et d'un adhésif EPDM comme agent de renforcement a été utilisé dans boîtiers de batterie automobile à énergie nouvelle. Ce matériau PP conserve une faible densité et possède de bonnes propriétés ignifuges et une bonne résistance aux chocs, ainsi que de bonnes propriétés d'étanchéité et d'imperméabilisation.
Emballage des composants
Des composites PP/MHSH/Al2O3/NP ont été préparés par une méthode de mélange à l'état fondu en modifiant des whiskers de sulfate de magnésium alcalin (MHSH) et de l'alumine (Al2O3) avec un agent de réticulation KH-550, et en ajoutant un retardateur de flamme complexe azote-phosphore et une matrice PP, et ensuite transformé pour former des films.
Le complexe ignifuge azote-phosphore favorise non seulement la formation d'une couche de carbone expansé dans la matrice PP à haute température, mais réagit également avec le MHSH pour générer du sel de phosphate de magnésium, ce qui améliore la résistance de la couche de carbone expansé. L'ajout d'Al2O3 améliore la conductivité thermique du matériau, de sorte que la chaleur interne soit rapidement transférée à la surface, ce qui sert de dissipation thermique et améliore la résistance thermique. De plus, MHSH et Al2O3 ont agi comme charges rigides pour améliorer les propriétés mécaniques du film composite PP/MHSH/Al2O3/NP. Par conséquent, le film composite PP/MHSH/Al2O3/NP présente d'excellentes propriétés ignifuges et une résistance mécanique élevée.
Récipient pour aliments
Des composites PP dotés de propriétés ignifuges élevées ont été préparés en mélangeant à l'état fondu d'IFR composé de polyphosphate d'ammonium, d'agent formant du carbone triazine et de coeffecteur avec des boîtes à lunch en polypropylène recyclé traité propre, démontrant le potentiel du recyclage des boîtes à lunch en PP.
Problèmes liés au retardateur de flamme du PP
Bien que de plus en plus de personnes commencent à étudier les composites PP ignifuges, il existe actuellement certains problèmes :
1. additif ignifuge, mauvaise compatibilité avec la matrice, affectant les propriétés mécaniques du matériau ;
2. Les retardateurs de flamme efficaces contiennent principalement des halogènes et ne répondent pas aux exigences environnementales ;
3. Les produits ignifuges sont chers, ce qui augmente les coûts de production.
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