Analyse du système ignifuge PP et de ses perspectives d'application

Analyse du système ignifuge PP et de ses perspectives d'application

Le polypropylène (PP), en tant que l'un des cinq plastiques à usage général, a un large éventail d'applications dans tous les domaines de la vie. Cependant, les caractéristiques inflammables du PP limitent également son espace d'application, entravant le développement ultérieur des matériaux PP. La modification ignifuge du PP a été au centre de l'attention.

Nous examinerons ensuite le processus de combustion et le mécanisme ignifuge des matériaux polymères représentés par le PP, l'inventaire du PP ignifuge, les perspectives d'application du PP ignifuge dans le domaine de l'emballage et les problèmes actuels.

JE. Processus de combustion et mécanisme des matériaux polymères

1. Processus de combustion

Les matériaux polymères sont des composés polymères contenant du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et d'autres éléments de la chaîne moléculaire, et la plupart des polymères sont combustibles.

La combustion de matériaux polymères est la synthèse d'une série de changements physiques et de réactions chimiques. Ainsi, le processus de combustion de matériaux polymères présentera des phénomènes particuliers tels que la fusion et le ramollissement, les changements de volume, etc.

Le processus de combustion des matériaux polymères est illustré à la figure 1, qui peut être divisé en trois étapes :

(1) Avec l’augmentation progressive de la température, les liaisons les plus faibles de la chaîne moléculaire seront rompues et le matériau commencera à subir une décomposition thermique. Au fur et à mesure que la décomposition thermique des matériaux polymères continue de s'effectuer et de s'intensifier, la surface du matériau produit progressivement de petites molécules de gaz, la plupart de ces gaz sont inflammables, ces petites molécules de gaz inflammables mélangées à l'oxygène de l'air, formant ainsi un gaz inflammable. mélange gazeux.

(2) Avec la réaction de décomposition, la concentration combustible du mélange gazeux à la surface du matériau polymère augmente progressivement, et lorsque la concentration du mélange gazeux combustible et la température ambiante externe atteignent les conditions critiques requises pour la combustion, un produit chimique violent une réaction se produit et la surface du matériau s’enflamme rapidement.

(3) La combustion rapide du mélange gazeux combustible libère une grande quantité de chaleur, qui non seulement se propage au fond du matériau, mais augmente également davantage la température de l'environnement du matériau, accélérant ainsi la décomposition du matériau. , ce qui produit davantage de gaz combustibles et fait finalement continuer la réaction de combustion. Par conséquent, la combustion de matériaux polymères peut être considérée comme un processus de promotion progressive et de réaction cyclique.

En tant qu'hydrocarbure, l'indice d'oxygène du PP n'est que de 17,4, facile à brûler, peu ignifuge et plus de chaleur lors de la combustion, accompagné de gouttes facilement causées par le feu, constituant une menace pour la vie et les biens.

Dans le domaine des appareils électroniques et électriques, cette propriété inflammable du PP limite son application plus large, il est donc nécessaire de mener des recherches et du développement de matériaux PP ignifuges.

2. Mécanisme ignifuge

Le mécanisme ignifuge peut être grossièrement divisé en deux catégories : le mécanisme de terminaison de la réaction en chaîne, le mécanisme d’isolation de surface et le mécanisme d’interruption de l’échange thermique.

(1) Mécanisme de terminaison de la réaction en chaîne : lorsque le PP brûle, il se décompose d'abord en hydrocarbure, puis clivage par oxydation thermique en HO libre - à haute température, la réaction en chaîne de HO - est la raison pour laquelle la combustion peut être soutenue, et le la fin de la réaction en chaîne consiste à consommer le HO- produit lors du processus de combustion.

(2) mécanisme d'isolation de surface, PP dans la combustion, ignifuge absorbe non seulement la chaleur, mais également dans la surface PP pour générer des composés solides, les composés jouent un rôle dans le blocage de la matrice et du contact avec l'air, empêchant ainsi la combustion.

(3) Interruption du mécanisme d'échange thermique. Ce mécanisme fait référence au retardateur de flamme dans le processus de combustion qui peut absorber une grande quantité de chaleur de combustion, de sorte que la réaction de combustion manque de chaleur suffisante, puis au phénomène d'auto-extinction, pour obtenir un effet ignifuge.

II. Modification ignifuge PP

1. Ignifuge d'hydroxyde métallique

Le charbon actif dans l'ignifugeant d'hydroxyde métallique a une grande surface spécifique et est riche en groupes fonctionnels, qui peuvent être bien combinés avec le groupe hydroxyle sur les particules d'hydroxyde de sodium et de magnésium, affaiblissant ainsi efficacement la polarité de surface de l'hydroxyde de magnésium, ainsi réduisant la possibilité d'agglomération, améliorant la compatibilité de l'hydroxyde de magnésium et de la matrice PP et améliorant les propriétés ignifuges du matériau.

De plus, en testant le changement de la valeur d'absorption d'huile, le rapport optimal et le degré d'activation optimal du retardateur de flamme peuvent être ajustés davantage, et finalement il a été constaté que l'indice limite d'oxygène atteignait la valeur maximale de 28,9 % lorsque 25 % en poids étaient activés. Un retardateur de flamme à base d'hydroxyde de magnésium modifié au charbon de bois a été ajouté à la matrice PP.

Un ignifugeant à base d'hydroxyde métallique, utilisé pour améliorer le caractère ignifuge des matériaux PP, a été ajouté à un élastomère polyoléfinique (POE) et à du nanocarbonate de calcium CaCO3 pour améliorer la résistance mécanique des matériaux. Les résultats montrent que les composites PP modifiés peuvent avoir à la fois de fortes propriétés ignifuges et une résistance mécanique élevée.

2. Bore Fboiteux Rretardant

Dans les composites PP/BN@MGO, en raison de la structure encapsulée et de la modification par alkylation du retardateur de flamme BN@MGO, son efficacité de ramification de liaison alkyle est élevée et le carbone peut être enrichi à la surface de la charge, ce qui améliore considérablement l'affinité entre le BN@MGO ignifuge et le corps PP, afin qu'il puisse être uniformément réparti dans la matrice PP.

Pendant ce temps, le traitement modifié BN@MGO a un effet de chemin en zigzag et une stabilité thermique élevée, ce qui confère au matériau un coefficient de dilatation thermique plus faible et des performances ignifuges plus élevées, et ces caractéristiques peuvent permettre au matériau composite PP/BN@MGO d'avoir une large application. espace dans le domaine des appareils électroniques de dissipation thermique à haut rendement, des appareils électroménagers et de la gestion thermique.

Avec 25 % en poids de charge APP/MCA-K-ZB (rapport massique APP/MCA-K-ZB de 3/1), les composites PP peuvent atteindre la note V-0 lors du test UL-94, tandis que l'indice d'oxygène ultime est le même. atteint 32,7 %.

Pendant ce temps, les tests d'analyse thermogravimétrique (TGA) et de microscope électronique à balayage (SEM) montrent que l'ajout d'APP/MCA-K-ZB peut former une couche dense de carbone graphite, et cette couche de carbone dense peut protéger efficacement la matrice PP située en dessous d'une combustion ultérieure. , améliorant ainsi la stabilité thermique et la capacité de formation de carbone des composites PP.

3. Phosphore Fboiteux Rretardant

Ignifuge de phosphore dans le sorbitol avec un grand nombre de groupes hydroxyles, facile à former une couche de charbon de bois lors de la combustion, et décomposition du polyphosphate d'ammonium du moment de la chaleur pour produire des composés de phosphate, améliore encore l'effet de charbon de bois du sorbitol, la production de couche de charbon de bois ralentit la propagation de la chaleur et isole l'oxygène, améliore les propriétés ignifuges du matériau.

De plus, le sorbitol en tant qu'enveloppe peut jouer un bon rôle de dispersion, empêchant l'agrégation des particules MCAPP, et une meilleure distribution peut simultanément améliorer les propriétés ignifuges et la résistance mécanique du matériau.

Le SPDEB est composé de polyphosphate d'ammonium comme ignifuge pour améliorer le caractère ignifuge des matériaux PP. Dans le système, le SPDEB décomposera les radicaux aminés et les radicaux alkyles lorsqu'il est soumis à la chaleur, et tous deux peuvent capturer les radicaux hautement actifs générés par la décomposition thermique des polymères, bloquant la décomposition des chaînes PP et réduisant ainsi la production de substances combustibles. jouant le rôle de retarder et d’arrêter la combustion.

Lorsque le SPDEB est utilisé avec du polyphosphate d'ammonium, le polyphosphate d'ammonium peut favoriser la déshydratation du SPEDB en charbon de bois et solidifier sa couche de charbon de bois, ce qui peut réduire les fuites de particules de charbon de bois pendant la combustion et réduire les émissions de gaz combustibles.

4. À base d'azote Fboiteux Rretardant

Le MPP produira des gaz non combustibles (notamment NH3, NO et H2O) et certaines substances contenant du phosphore pendant la combustion, tandis que l'AP peut libérer des gaz de phosphate d'aluminium Al2(HPO4)3 et de phosphine (PH3) à haute température, ce qui non seulement dilue le gaz combustibles dans l'air, mais agissent également comme une protection contre les gaz à la surface du matériau, réduisant ainsi la combustion.

De plus, ce MPP peut volatiliser les radicaux réactifs phosphore-oxygène dans le gaz, piégeant les radicaux hautement réactifs et mettant ainsi fin aux ruptures de chaîne principales du PP.

L'auto-assemblage supramoléculaire est une méthode permettant de synthétiser des composés dotés de fonctions spécifiques et de structures bien définies à l'aide de liaisons non covalentes telles que les liaisons hydrogène et les interactions ioniques. Dans le système APP@MEL-TA, MEL-TA s'interconnecte avec le polyphosphate d'ammonium via des interactions électrostatiques pour couvrir la surface du polyphosphate d'ammonium, ce qui améliore la dispersion du polyphosphate d'ammonium dans les matériaux PP.

Dans le même temps, MEL-TA a une teneur élevée en azote et se décompose par la chaleur pour libérer une grande quantité de gaz non combustibles, qui recouvrent la surface du matériau pour réduire la concentration d'oxygène à la surface du matériau et améliorer encore la capacité ignifuge.

5. Ignifuge intumescent

NiCO₂O₄ présente les avantages d'une morphologie contrôlable, d'une grande surface spécifique, de sites actifs multiples et de méthodes de préparation simples et diverses, qui, en tant que composé à base de nickel, possède une excellente capacité de catalyse du carbone, à la fois en termes de réduction des produits de combustion et d'amélioration du retardateur de flamme .

Ceci est principalement attribué à la présence de Ni+, qui accélère la décomposition thermique du PER et améliore la carbonisation du polyphosphate d'ammonium, contribuant ainsi à la formation d'une couche de carbone expansé dans le système PP/IFR. Parallèlement, les oxydes bimétalliques, avec leur grande stabilité et leur forte capacité catalytique à haute température, sont capables de favoriser la formation d'une couche de carbone dense et homogène dans le matériau PP/IFR, et d'améliorer la stabilité thermique de la couche et du matériau. résidu de carbone.

De plus, le NiCO en forme de fleur₂O₄ a un grand nombre de plis et la surface de contact avec le polymère est grande et rugueuse, ce qui améliore la force de liaison, et la structure en forme de fleur a une forte stabilité, ce qui peut éviter qu'elle ne soit endommagée pendant le traitement et maintenir l'intégrité structurelle.

Dans le même temps, les substances formant du charbon dans le processus de combustion peuvent être fixées entre la structure en forme de fleur pour améliorer la stabilité de la couche de charbon de bois, jouant ainsi efficacement le rôle de barrière pour réaliser l'ignifugation et la protection du substrat. .

OS-MCAPP est une sorte d'APP traitée avec SiO₂ gel, qui, tout en agissant comme une source de gaz et d'acide, aide également le PP à former une couche de charbon protectrice et protège le substrat PP d'une décomposition ultérieure. PEIC, en tant qu'excellente source de charbon, sa présence joue un grand rôle dans la formation de charbon expansé de haute qualité et favorise l'obtention d'excellents composites ignifuges.

PPA-C réagit avec le PER pendant la combustion pour former des liaisons POC et PC, qui contribuent à la formation de couches de charbon pratiquement sans défauts. De plus, PPA-C peut provoquer une décomposition thermique plus précoce du PP et former davantage de résidus de charbon à des températures plus élevées.

Pendant ce temps, PPA-C et PER ont un bon effet synergique et le caractère ignifuge du PPA-C/PER est supérieur au système APP/PER traditionnel. Lorsque la teneur en PPA-C/PER (3:1) atteint 18 % en poids, les composites PP/IFR atteignent la note V-0 dans le test UL-94 et l'indice d'oxygène ultime peut atteindre 28,8 %.

III. Application du PP ignifuge dans le domaine de l'emballage

Le plastique PP a une faible densité, une bonne transparence, un traitement et un moulage non toxiques et insipides, un prix bas et d'autres caractéristiques, de sorte qu'il a une valeur d'application énorme dans le domaine de l'emballage, mais les défauts du plastique PP tels que l'inflammabilité, une mauvaise tenue aux températures élevées et d'autres défauts limitent son développement dans le domaine de l'emballage. Par conséquent, ces dernières années, de nombreux chercheurs se sont engagés à rechercher des matériaux d’emballage en PP dotés de propriétés ignifuges élevées.

1. Coque de batterie automobile

La batterie est l'une des parties les plus importantes des véhicules à énergie nouvelle, et la coque de la batterie chargée de protéger la sécurité de la batterie est également particulièrement importante, nécessitant un emballage de la batterie avec isolation, résistance aux chocs, résistance à la corrosion et bonnes propriétés ignifuges.

L'emballage traditionnel des batteries est principalement constitué de matériaux métalliques et de composé de moulage en feuille (SMC). Cependant, certains de ces deux matériaux ont un processus de moulage complexe et une densité élevée, ce qui affecte le poids léger des véhicules à énergie nouvelle, c'est pourquoi les matériaux PP de faible densité et résistants aux chocs ont retenu l'attention.

En utilisant une résine PP comme matrice, un système complexe polyphosphate d'ammonium/triazine comme ignifugeant, un copolymère éthylène-octène, des élastomères à base de propylène et de l'EPDM comme agent de renforcement, un matériau PP doté de propriétés ignifuges est préparé par la méthode de mélange à l'état fondu, qui est utilisé comme coque de batterie des véhicules à énergie nouvelle.

Ce matériau PP a de bonnes propriétés ignifuges et une bonne résistance aux chocs tout en conservant une faible densité, et présente de bonnes performances d'étanchéité et d'étanchéité, qui sont maintenant mises en production par lots.

2. Emballage des pièces

Des composites PP/MHSH/Al2O3/NP ont été préparés par la méthode de mélange à l'état fondu en modifiant les whiskers de sulfate de magnésium (MHSH) et d'alumine (Al₂O₃), en introduisant l'agent de réticulation KH-550 sur les surfaces des deux, et en ajoutant un retardateur de flamme complexe azote-phosphore et une matrice PP, et ont ensuite été transformés en films.

Le retardateur de flamme azote-phosphore, en plus de favoriser la formation d'une couche de carbone expansé dans la matrice PP à haute température, réagit avec le MHSH pour former un sel de phosphate de magnésium présentant une bonne stabilité thermique, et la présence du sel de phosphate de magnésium améliore la résistance de la couche de carbone expansé et joue le rôle de support de squelette.

L'ajout d'Al₂O₃ peut améliorer la conductivité thermique du matériau, de sorte que la chaleur interne du matériau soit rapidement transférée à la surface, ce qui joue un rôle dans la dissipation thermique, améliorant ainsi la résistance thermique du matériau. Pendant ce temps, MHSH et Al₂O₃ sont des charges rigides avec une bonne résistance mécanique, qui peuvent améliorer les propriétés mécaniques du PP/MHSH/Al₂O₃/Film composite NP.

Par conséquent, PP/MHSH/Al₂O₃Le film composite /NP possède à la fois d'excellentes propriétés ignifuges et une résistance mécanique élevée, élargissant ainsi le champ d'application des composites PP.

3. Contenants alimentaires

L'utilisation de polyphosphate d'ammonium comme source de gaz et d'acide, d'un agent carbonique triazine comme source de carbone, puis avec l'agent synergique, constituent ensemble l'IFR, puis avec le traitement propre des boîtes à lunch en polypropylène recyclé par la méthode de mélange à l'état fondu pour préparer des matériaux composites PP. avec des propriétés ignifuges élevées, prouvant que les boîtes à lunch en PP ont un énorme potentiel de recyclage.

IV. Problèmes actuels dans la recherche sur les produits ignifuges PP

Ces dernières années, de plus en plus de personnes ont commencé à étudier les composites ignifuges PP, mais la recherche ignifuge sur PP se caractérise principalement par les problèmes suivants :

(1) L'additif ignifuge est important, peu compatible avec la matrice, causant trop de dommages aux propriétés mécaniques du matériau, affectant l'utilisation de composites PP.

(2) La plupart des retardateurs de flamme actuels à haute efficacité ignifuge contiennent des halogènes, qui ne répondent pas aux exigences de protection de l'environnement vert.

(3) Les retardateurs de flamme sont plus chers, ce qui augmente le coût de production des matériaux PP ignifuges.

Conclusion

YINSU Flame Retardant est spécialisé dans la fourniture de solutions ignifuges complètes pour les matériaux PP, et sa gamme de produits couvre une large gamme de retardateurs de flamme très efficaces pour répondre aux besoins de différents scénarios d'application. Pour les applications recherchant les normes de retardateur de flamme les plus élevées, les retardateurs de flamme de qualité PP V0 de la société, tels que PPV0-P-32M, qui utilise la technologie ignifuge au phosphore rouge, peut garantir que le matériau atteint un indice UL-94 V0 sous des tests rigoureux et convient à une utilisation sur des matériaux PP nouveaux, récupérés, homopolymérisés et copolymérisés. Pendant ce temps, pour les applications sensibles aux coûts, ignifuge de qualité PP V2 PPV2-8H fournit une option ignifuge rentable et efficace pour les matériaux PP recyclés, ce qui non seulement réduit les coûts des matériaux mais maintient également de bonnes propriétés ignifuges.

De plus, le retardateur de flamme YINSU T3 Le produit, qui est un partenaire idéal pour les retardateurs de flamme au brome, peut entrer en synergie avec eux pour améliorer considérablement l'effet ignifuge des matériaux PP, atteignant facilement la norme de qualité V0. La société a également lancé un ignifugeant non halogéné, le pyrophosphate de pipérazine. PPAP-15, un produit non seulement respectueux de l'environnement, mais également doté d'une efficacité ignifuge élevée, offrant au marché une option ignifuge verte.

YINSU Flame Retardant s'est toujours engagé à fournir des solutions ignifuges efficaces et rentables pour les matériaux PP courants, nouveaux et recyclés. Grâce à une innovation technologique continue et à l'optimisation des produits, YINSU Flame Retardant aide ses clients à garantir la qualité et la sécurité des produits tout en réalisant des réductions de coûts et en promouvant le développement durable de l'industrie.