Polipropileno (PP), como um dos cinco plásticos de uso geral, é amplamente utilizado em diversas indústrias. No entanto, a propriedade inflamável do PP limita a sua aplicação e dificulta o desenvolvimento do material, por isso as pessoas têm se preocupado com a modificação retardadora de chama do PP.
Os materiais poliméricos são compostos poliméricos que contêm elementos como carbono, hidrogênio e oxigênio, muitos dos quais são combustíveis. A combustão de materiais poliméricos é uma série de alterações físicas e reações químicas do processo integrado, apresentando fenômenos especiais como fusão e amolecimento, alterações de volume. O processo de combustão consiste em três etapas:
Em primeiro lugar, a reação de decomposição térmica produz pequenas moléculas de gás, depois a mistura de gases atinge as condições de combustão para desencadear uma reação química violenta e, finalmente, a combustão rápida da mistura de gases combustíveis produz uma grande quantidade de calor e o ciclo de reação continuou.
Como o PP possui índice de oxigênio de apenas 17.4, ele é inflamável e gera grande quantidade de calor durante a combustão, o que pode facilmente causar incêndios e representar uma ameaça à vida e à propriedade. Na área de eletrônica e eletrodomésticos, a inflamabilidade do PP restringe sua aplicação mais ampla, sendo necessário realizar tratamento retardador de chama para materiais PP.
Mecanismo retardador de chama
O mecanismo retardador de chama inclui principalmente mecanismo de terminação de reação em cadeia, mecanismo de isolamento de superfície e mecanismo de troca de calor interrompido. O mecanismo de terminação da reação em cadeia encerra a reação de combustão consumindo HO produzido durante o processo de combustão, o mecanismo de isolamento de superfície gera compostos sólidos para bloquear o contato com o ar e o mecanismo de troca de calor interrompido absorve o calor da combustão para alcançar a autoextinção.
O carvão ativado no retardador de chama de hidróxido metálico pode combinar-se efetivamente com o hidróxido de magnésio para reduzir a possibilidade de aglomeração, melhorar a compatibilidade com a matriz PP e aumentar o retardamento de chama do material. A proporção e o grau de ativação do retardador de chama foram ajustados testando a mudança no valor de absorção de óleo, e finalmente descobriu-se que o índice limite de oxigênio atingiu um valor máximo de 28.9% quando 25% em peso de retardador de chama de hidróxido de magnésio modificado com carvão ativado foi adicionado. para PP.
Os retardadores de chama de hidróxido metálico são aditivos usados para melhorar o retardamento de chama de materiais de polipropileno (PP). Para aumentar ainda mais a resistência mecânica do material, os pesquisadores também introduziram nele elastômero de poliolefina (POE) e nanopartículas de carbonato de cálcio (CaCO3). Os resultados mostraram que os compósitos de PP modificados não só possuíam excelentes propriedades retardantes de chama, mas também exibiam alta resistência mecânica.
Retardadores de chama de boro
Os retardadores de chama de boro desempenham um papel importante nos compósitos PP/BN@MGO. Devido à estrutura encapsulada e à modificação de alquilação do retardador de chama BN@MGO, o elemento carbono pode ser enriquecido na superfície da carga, o que aumenta a afinidade com o corpo do PP e permite que ele seja distribuído uniformemente na matriz do PP.
Enquanto isso, o BN@MGO tratado modificado tem efeito de caminho em zigue-zague e alta estabilidade térmica, o que resulta em um material com baixo coeficiente de expansão térmica e alto retardamento de chama. Essas propriedades permitem que os compósitos PP/BN@MGO tenham uma ampla gama de aplicações nas áreas de dispositivos eletrônicos de dissipação eficiente de calor, eletrodomésticos e gerenciamento térmico.
Além disso, quando o retardador de chama de boro APP/MCA-K-ZB foi adicionado a 25% em peso (proporção de massa APP/MCA-K-ZB de 3/1), o compósito PP poderia atingir a classificação V-0 em UL- 94, enquanto o índice limite de oxigênio chegou a 32.7%. Os resultados dos testes de análise termogravimétrica (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) mostram que a adição de APP/MCA-K-ZB pode formar uma densa camada de carbono de grafite, que protege efetivamente a matriz PP por baixo de combustão adicional e melhora a temperatura térmica do material. estabilidade e capacidade de formação de carbono.
Retardadores de chama de silício
HNTs-Si em retardadores de chama de silicone podem manter a estrutura tubular original e torcer com a cadeia de PP termicamente degradada para formar uma densa camada de carbono, que inibe efetivamente a transferência de calor, massa e fumaça durante a combustão de PP. O polissiloxano pode reduzir a polaridade da superfície dos HNTs-Si, aumentando a compatibilidade com o substrato de PP, e o efeito de ponte de fissuras, por sua vez, melhora a ductilidade dos compósitos de PP.
Além disso, entre os retardadores de chama à base de sílica, o nano-Sb2O3 e o OMMT podem formar uma densa camada de carbono após a modificação, o que melhora efetivamente a estabilidade térmica e o retardamento de chama dos compósitos à base de PP. A nucleação heterogênea de OMMT e nano-Sb2O3 na matriz PP pode melhorar a cristalinidade e a resistência à tração dos materiais.
Retardadores de chama de fósforo
Sorbitol e polifosfato de amônio em retardadores de chama de fósforo podem formar uma camada carbonizada para retardar a propagação de calor e melhorar o retardamento de chama do material. O efeito combinado do SPDEB e do polifosfato de amônio pode efetivamente melhorar o retardamento de chama dos materiais PP e reduzir a emissão de gases inflamáveis.
Retardadores de chama à base de nitrogênio
MPP e AP em retardadores de chama à base de nitrogênio podem liberar gases não combustíveis e substâncias contendo fósforo, diluir os gases combustíveis no ar e atuar como proteção contra gases, reduzindo assim a combustão. Os métodos de automontagem supramolecular podem usar ligações não covalentes para sintetizar compostos com estruturas específicas, melhorar a dispersão de retardadores de chama em materiais e aumentar o retardamento de chama.
Retardante de chama intumescente
NiCo2O4 é um retardador de chama intumescente com as vantagens de morfologia controlável, grande área superficial específica, múltiplos sítios ativos e métodos de preparação fáceis e diversos. Por ser um composto à base de níquel, apresenta excelente capacidade catalítica de carbono, o que reduz os produtos de combustão e melhora o retardamento de chama do material.
Essa superioridade decorre principalmente do papel dos íons Ni+ nele, que podem acelerar a decomposição térmica do acrilato de polietileno (PER), aumentar a carbonização do polifosfato de amônio e promover a formação de camada de carvão expandido em polipropileno (PP)/retardador de chama intumescente sistema. Enquanto isso, os óxidos bimetálicos são estáveis em altas temperaturas e têm forte capacidade catalítica, o que ajuda a fazer com que o composto PP/retardador de chama expandido forme uma camada de carvão densa e uniforme e melhore a estabilidade térmica da camada de carvão e do resíduo de carvão.
Além disso, a estrutura do NiCo2O4 em forma de flor possui um grande número de dobras na superfície e uma área de contato grande e áspera com o polímero, o que melhora a ligação. Essa estrutura em forma de flor possui forte estabilidade, o que ajuda a evitar danos durante o processamento e mantém a integridade da estrutura. Durante o processo de combustão, as substâncias formadoras de carvão podem ser fixadas entre a estrutura em forma de flor, o que melhora a estabilidade da camada de carvão e desempenha efetivamente o papel de barreira para alcançar o retardamento de chama e proteção do substrato.
Além do NiCo2O4, há vários outros componentes importantes que desempenham um papel importante no efeito retardador de chama. O OS-MCAPP tratado com gel de SiO2 atua como fonte de gás e ácido e ajuda o PP a formar uma camada protetora de carvão que protege a matriz de PP de decomposição adicional. O PEIC, como excelente fonte de carvão, desempenha um papel fundamental na formação de carvão expandido de alta qualidade e facilita a aquisição de compósitos retardadores de chama.
O PPA-C reage com o PER durante a combustão para formar ligações POC e ligações PC, que contribuem para a formação de uma camada de carvão praticamente livre de defeitos. Além disso, o PPA-C pode fazer com que o PP se decomponha termicamente mais cedo e produza mais resíduos de carvão em temperaturas mais altas. Existe uma boa sinergia entre PPA-C e PER, e o retardamento de chama do sistema PPA-C/PER é superior ao do sistema APP/PER convencional. Quando o conteúdo de PPA-C/PER (3:1) atinge 18% em peso, o material compósito PP/retardador de chama intumescente atinge a classificação V-0 pelo teste UL-94, e o índice final de oxigênio pode atingir 28.8%.
Materiais PP retardadores de chama para aplicações de embalagens
O plástico PP possui baixa densidade, boa transparência, atóxico e inodoro, fácil processamento e moldagem, baixo preço e outras características, o que o torna com enorme potencial de aplicação na área de embalagens. No entanto, os defeitos do plástico PP, como inflamabilidade e baixa resistência a altas temperaturas, limitaram seu desenvolvimento na área de embalagens. Portanto, nos últimos anos, muitos estudiosos têm se dedicado ao estudo de materiais de embalagem PP com altas propriedades retardantes de chama.
Carcaça da bateria do carro
As baterias são um dos principais componentes dos novos veículos energéticos, portanto, é crucial um invólucro de bateria que proteja a bateria com segurança. As embalagens tradicionais de baterias usam principalmente materiais metálicos e compostos de moldagem de folhas (SMC), mas a complexidade e a densidade do processo de moldagem desses materiais afetam o peso leve dos novos veículos energéticos. Portanto, está sendo dada atenção aos materiais PP com baixa densidade e boa resistência ao impacto.
Um material PP com propriedades retardantes de chama preparado a partir de uma matriz de resina PP, um sistema complexo de polifosfato de amônio/triazina como retardador de chama, um copolímero de etileno-octeno, um elastômero à base de propileno e um adesivo EPDM como agente de endurecimento foi utilizado em novas caixas de baterias de automóveis de energia. Este material PP mantém baixa densidade e possui boas propriedades retardantes de chama e resistência ao impacto, bem como boas propriedades de vedação e impermeabilização.
Embalagem de componentes
Compósitos PP/MHSH/Al2O3/NP foram preparados pelo método de mistura por fusão, modificando whisker de sulfato de magnésio alcalino (MHSH) e alumina (Al2O3) com agente de reticulação KH-550, e adicionando retardador de chama complexo de nitrogênio-fósforo e matriz de PP, e posteriormente processado para formar filmes.
O retardador de chama do complexo nitrogênio-fósforo não apenas promove a formação de uma camada de carbono expandido na matriz PP em alta temperatura, mas também reage com MHSH para gerar sal de fosfato de magnésio, o que melhora a resistência da camada de carbono expandido. melhora a condutividade térmica do material, de modo que o calor interno seja rapidamente transferido para a superfície, o que serve como dissipação de calor e melhora a resistência ao calor. Além disso, MHSH e Al2O3 atuaram como cargas rígidas para melhorar as propriedades mecânicas do filme compósito PP/MHSH/Al2O3/NP. Portanto, o filme composto PP/MHSH/Al2O3/NP possui excelentes propriedades retardantes de chama e alta resistência mecânica.
Recipiente de alimento
Compósitos de PP com altas propriedades retardantes de chama foram preparados por mistura por fusão de IFR consistindo de polifosfato de amônio, agente formador de carbono triazina e co-efetor com lancheiras de polipropileno reciclado tratado limpo, demonstrando o potencial de reciclagem de lancheiras de PP.
Problemas com retardamento de chama PP
Embora cada vez mais pessoas estejam começando a estudar compósitos PP retardadores de chama, atualmente existem alguns problemas:
1. Aditivo retardador de chama, baixa compatibilidade com a matriz, afetando as propriedades mecânicas do material;
2. Os retardadores de chama eficientes contêm principalmente halogênios e não atendem aos requisitos ambientais;
3. Os retardadores de chama são caros, aumentando os custos de produção.
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