Comment rendre l'EPDM ignifuge sans halogène ? Le retardateur de flamme YINSU vous donne la réponse !

Comment fabriquer un ignifuge EPDM sans halogène ? Le retardateur de flamme YINSU vous donne la réponse !

Le caoutchouc éthylène-propylène-diène (EPDM) est un copolymère d'éthylène, de propylène et de diène non conjugué, chaîne principale moléculaire EPDM pour la structure saturée, seulement un petit nombre de groupes insaturés de la chaîne latérale moléculaire, la structure moléculaire de l'EPDM a une excellente la résistance au vieillissement, à l'ozone, à la corrosion, à l'isolation électrique et à d'autres propriétés sont largement utilisées dans la construction, les pièces automobiles, les câbles et fils et d'autres domaines.

Cependant, l'EPDM est un matériau hydrocarboné, l'indice d'oxygène n'est que d'environ 19, très facile à brûler et la quantité de fumée est plus importante lors de la combustion, ce sont des restrictions sur son application.Afin de résoudre le problème d’inflammabilité, il est nécessaire d’ajouter des retardateurs de flamme à l’EPDM.La méthode ignifuge traditionnelle consiste à ajouter une efficacité ignifuge plus élevée dans le système ignifuge halogène/antimoine EPDM, ce type d'additif ignifuge est petit, les propriétés mécaniques du matériau et les performances de traitement de l'impact sont faibles, mais dans le la combustion d'une grande quantité de fumée sera générée ainsi que du gaz d'halogénure d'hydrogène toxique et corrosif, entraînant une pollution secondaire, de nombreuses réglementations émises sur la restriction de l'utilisation de retardateurs de flamme halogénés.

À l'heure actuelle, l'orientation de la recherche sur les retardateurs de flamme EPDM au pays et à l'étranger passe des retardateurs de flamme halogènes traditionnels aux retardateurs de flamme sans halogène et respectueux de l'environnement.Cet article résume et analyse l'état actuel de la recherche nationale et étrangère sur les retardateurs de flamme sans halogène EPDM, et attend également avec impatience l'orientation du développement de la recherche sur les retardateurs de flamme sans halogène EPDM.

Retardateurs de flamme composés de métaux inorganiques

Les ignifugeants composés de métaux inorganiques couramment utilisés sont le calcium-aluminium, le carbonate de calcium, le borate de zinc, l'Al(OH)3, le Mg(OH)2, etc. Parmi eux, l'ignifugeant Al(OH)3 représente plus de 80 % du dosage. de composé métallique inorganique ignifuge, qui présente les avantages d'une bonne stabilité, de non-volatilité, de corrosivité et de prix bas, etc. Le mécanisme ignifuge de Al(OH) 3 est le suivant : Al(OH) 3 peut être utilisé comme charge pour le mécanisme ignifuge d'Al (OH) 3 est le suivant : Al (OH) 3 peut être utilisé comme charge pour réduire la concentration de matériaux polymères combustibles, et se décomposer et se déshydrater par la chaleur à haute température, et l'eau la vapeur formée par la déshydratation peut diluer la concentration d'oxygène et de gaz combustibles et emporter une partie de la chaleur pour inhiber l'augmentation de la température du caoutchouc ;dans le même temps, l'oxyde métallique recouvrant la surface du caoutchouc après la déshydratation de Al(OH)3 peut empêcher le caoutchouc de continuer à brûler et jouer ainsi le rôle d'ignifuge.

Cependant, ce type de retardateur de flamme présente les inconvénients d'une faible efficacité ignifuge, d'une mauvaise compatibilité avec le caoutchouc, etc., et il doit être ajouté en quantité plus élevée afin d'obtenir des propriétés ignifuges modérées, et l'ajout d'une trop grande quantité sera affecter définitivement les propriétés mécaniques et les performances de traitement du substrat.Habituellement utilisés pour améliorer les propriétés ignifuges des hydroxydes inorganiques sont : le traitement de modification de surface, l'utilisation d'hydroxyde de plus petite taille de particules micrométriques ou nanométriques et d'autres retardateurs de flamme mélangés en synergie avec l'utilisation d'hydroxyde d'aluminium à haute teneur en charges pour préparer une flamme sans halogène. Caoutchouc EPDM retardateur.

Il a été constaté que la résistance à la traction de l'EPDM était de 5,3 MPa lorsqu'il était rempli de 160 parties d'hydroxyde d'aluminium ;la résistance à la traction de l'EPDM a été augmentée à 5,9 MPa et l'indice d'oxygène a été diminué de 30 à 29 après modification de surface de l'hydroxyde d'aluminium avec du vinyltriéthoxysilane ;la résistance à la traction de l'EPDM a été augmentée à 9,1 MPa et l'indice d'oxygène a été diminué de 30 à 29 après que l'hydroxyde d'aluminium ait été broyé mécaniquement pour réduire la taille des particules, et la résistance à la traction a été augmentée à 7,9 MPa.9,1 MPa, indice d'oxygène augmenté de 26,5 à 29,0 ;l'hydroxyde d'aluminium et d'autres retardateurs de flamme tels que l'hydroxyde de magnésium, le trioxyde d'antimoine, le borate de zinc, etc., et a constaté que l'utilisation unique d'hydroxyde d'aluminium, une charge élevée, un indice d'oxygène élevé EPDM.

L'équipe R&D de YINSU a étudié l'effet de différentes quantités d'hydroxyde d'aluminium et d'hydroxyde de magnésium sur les propriétés ignifuges de l'EPDM en utilisant un calorimètre à cône pour déterminer le taux de dégagement de chaleur pendant le processus de combustion de l'EPDM et en analysant la morphologie des produits de combustion.Les résultats montrent que : l'EPDM à haute teneur en hydroxyde de charge convient à la préparation de caoutchouc ignifuge sans halogène et à faible émission de fumée ;les synergistes ignifuges phosphore rouge et borate de zinc peuvent favoriser efficacement la formation de charbon de bois et améliorer les propriétés ignifuges du matériau, mais augmenter l'émission totale de fumée lorsque le matériau brûle ;l'ajout d'une quantité appropriée de noir de carbone peut contribuer à améliorer les propriétés ignifuges du caoutchouc, mais le remplissage d'huile paraffinique n'est pas propice au retardateur de flamme et le phénomène d'assistance à la combustion est plus important.

Retardateurs de flamme au silicium

Les retardateurs de flamme au silicium peuvent être classés en retardateurs de flamme au silicium inorganique et en retardateurs de flamme organosiliciés en fonction de leur structure.Les retardateurs de flamme inorganiques à base de silicone sont principalement utilisés pour former une couche de couverture SiO2 sur la surface du substrat pendant la combustion, qui joue le rôle d'isolation thermique et de protection, mais leur efficacité ignifuge n'est pas élevée et ils ne sont généralement pas utilisés individuellement.Le retardateur de flamme organosilicium est un retardateur de flamme sans halogène respectueux de l'environnement développé ces dernières années, principalement de l'huile de silicone, de la résine de silicone, du caoutchouc de silicone, de l'organosilanol amide et du sesquisiloxane en cage, etc., qui présente les avantages d'un rendement élevé, d'une faible fumée et d'un anti-goutte. et ainsi de suite.Le sesquisiloxane en cage est un nouveau type de matériau hybride organique-inorganique avec un squelette inorganique composé de Si, O et recouvert de substituants organiques, qui présente une excellente stabilité thermique, des propriétés ignifuges et diélectriques, et présente donc de bonnes perspectives d'application.

L'équipe R&D de YINSU a fabriqué un matériau composite en utilisant de l'octaphényl sesquicarbosiloxane (OPS) en cage auto-synthétisé avec de l'EPDM et un agent de vulcanisation, et a mesuré les propriétés mécaniques, l'indice d'oxygène, le caractère ignifuge UL-94 et la stabilité thermique du matériau composite.Les résultats ont montré que l'ajout de 20 OPS double la résistance à la traction de l'EPDM, augmente la température de décomposition thermique initiale de 19°C, augmente l'indice d'oxygène de 18,5 % et réduit le taux de dégagement de chaleur de 18,3 %.

L'équipe R&D de YINSU a utilisé l'octaméthyloligosilsesquioxane (OMPOSS) et l'ExolitOP950 (composé d'ester phosphate) comme ignifugeants et les a composés avec du PET recyclé pour explorer leurs effets ignifuges synergiques.l'ajout d'OP950 et d'OMPOSS a favorisé la formation d'une couche de charbon pendant le processus de combustion et a efficacement inhibé l'écoulement de la matière fondue, et lorsque le rapport massique de l'OP950 à l'OMPOSS était de 9 : 1, il a augmenté la résistance à la traction de l'EPDM de 18,5 % et a réduit la taux de dégagement de chaleur de 18,5%.Lorsque le rapport massique de l'OP950 et de l'OMPOSS est de 9 : 1, l'indice d'oxygène du système composite est élevé, le taux de dégagement de chaleur est réduit à faible et la couche de charbon expansé est uniforme et dense après la combustion, de sorte que l'effet synergique est plus important. évident.

Ignifuge intumescent

Le retardateur de flamme intumescent est un matériau important pour la préparation de caoutchouc ignifuge écologique sans halogène.Le retardateur de flamme intumescent est un retardateur de flamme composite avec du carbone, de l'azote et du phosphore comme composants principaux, qui se compose généralement de 3 parties : une source de carbone (carboniseur), une source d'acide (agent déshydratant) et une source de gaz (agent intumescent).Les retardateurs de flamme intumescents comprennent principalement le polyphosphate d'ammonium, la mélamine, le tétracosanol, etc.Le caoutchouc avec un retardateur de flamme intumescent formera une couche uniforme de mousse de carbone sur la surface lors de la combustion, et cette couche de carbone peut jouer le rôle d'isolation thermique, de barrière à l'oxygène, de suppression de fumée et peut mieux empêcher la combustion.Les retardateurs de flamme intumescents présentent les avantages d'un meilleur effet ignifuge, d'une faible fumée, d'une faible toxicité, de l'absence de gaz corrosifs, d'un faible coût, etc., et sont donc largement utilisés dans l'ignifugation des polymères.

L'équipe R&D de YINSU a préparé des matériaux EPDM ignifuges en utilisant un ignifuge composite intumescent NP430.Les résultats montrent que le retardateur de flamme intumescent NP430 a un bon effet ignifuge sur l'EPDM et que l'effet ignifuge synergique est bon lorsque le copolymère d'éthylène-acétate de vinyle de source acide (EVA) et la source de carbone à haute teneur en styrène (HS) les résines sont utilisées en parallèle ;lorsque le rapport EPDM/EVA/HS est de 80 ∶ 8,6 ∶ 11,4 et que le dosage du retardateur de flamme NP430 est de 90, l'indice d'oxygène ultime peut atteindre 47,6 % et le retardateur de flamme NP430 peut être appliqué à l'EPDM. , qui est un bon ignifuge.Cependant, le remplissage de charges inorganiques telles que le noir de carbone, la silice, le carbonate de calcium, le graphite expansible, etc. entraînera une fuite de gaz de combustion, ce qui est sérieusement défavorable au processus d'expansion, et conduira à l'échec des retardateurs de flamme intumescents.

L'équipe R&D de YINSU a préparé des matériaux EPDM ignifuges en synthétisant un nouveau type de retardateur de flamme intumescent, le PDP, qui combine trois composants actifs intumescents dans une molécule organique.Les résultats montrent que lorsque le PDP est ajouté en une quantité de 60 parties, l'indice limite d'oxygène de l'EPDM atteint 30 et le résultat du test UL-94 est de qualité FV-0.Les résultats des tests mécaniques ont montré que l'augmentation de la teneur en PDP peut améliorer les propriétés ignifuges de l'EPDM, mais endommagera ses propriétés mécaniques.

Retardateurs de flamme au phosphore

Les retardateurs de flamme au phosphore peuvent être divisés en deux catégories : les retardateurs de flamme au phosphore inorganique et les retardateurs de flamme au phosphore organique.

Les retardateurs de flamme au phosphore inorganique comprennent principalement le phosphore rouge, le phosphate d'ammonium et le polyphosphate d'ammonium, etc. Ils présentent les avantages d'une bonne stabilité, non volatils, non halogénés, etc. Cependant, ils présentent également les inconvénients d'une faible efficacité ignifuge et d'une faible absorption d'humidité. , et le phosphore rouge a également le problème de coloration, qui affecte la couleur des produits.

L'équipe R&D de YINSU a préparé du caoutchouc EPDM en utilisant du phosphore rouge comme ignifuge.Les résultats ont montré que l'indice d'oxygène du caoutchouc EPDM était saturé lorsque la quantité ajoutée de phosphore rouge était de 9 parties ;le phosphore rouge et le Mg(OH)2 ont joué un effet retardateur de somme dans le caoutchouc EPDM, et SiO2 a eu un effet inhibiteur sur l'effet ignifuge du phosphore rouge dans le caoutchouc EPDM.Les retardateurs de flamme organiques au phosphore comprennent les esters de phosphate, les phosphites, les phosphonates, les sels de phosphore organiques, l'oxyde de phosphore, l'acide alkylphosphorique, les composés hétérocycliques du phosphore et les esters d'acide phosphorique polymère (phosphonique).

Les retardateurs de flamme au phosphore organique principalement via le mécanisme ignifuge en phase condensée pour jouer le rôle de retardateur de flamme.Lors de la combustion, les retardateurs de flamme organophosphorés se décomposent à haute température pour générer de l'acide phosphorique et des gaz non combustibles, l'acide phosphorique se décompose en acide métaphosphorique à haute température et l'acide métaphosphorique peut être polymérisé en poly(acide métaphosphorique).Parmi eux, l'acide métaphosphorique est un matériau visqueux, peut former une couche d'acide phosphorique - acide métaphosphorique - film d'acide poly métaphosphorique, le point d'ébullition du film jusqu'à 300 ℃.Ce film recouvre la surface du caoutchouc, ce qui peut avoir pour effet d'isoler l'air et d'empêcher les radicaux libres de s'échapper ;Le poly(acide métaphosphorique) est un acide fort, qui peut déshydrater et carboniser le polymère, et former une couche de charbon de bois sur la surface du caoutchouc, ce qui peut isoler davantage l'air et améliorer l'effet ignifuge.Comparés aux retardateurs de flamme halogènes, les retardateurs de flamme au phosphore dans le matériau donnent en même temps de bonnes propriétés ignifuges, mais ont également une petite quantité de fumée, ne sont pas faciles à former des gaz toxiques et des gaz corrosifs et d'autres avantages, et n'affecteront pas les propriétés mécaniques du substrat et les performances de traitement.Les retardateurs de flamme organiques au phosphore sont considérés comme l’une des variétés susceptibles de remplacer les retardateurs de flamme halogènes.

À l'heure actuelle, le retardateur de flamme au phosphore appliqué au retardateur de flamme polymère rapporte davantage, mais les rapports appliqués aux matériaux en caoutchouc ignifuges sont moins visibles, il est principalement utilisé comme retardateur de flamme synergique, qui est couramment utilisé comme retardateur de flamme synergique phosphore-azote.

Système ignifuge synergique phosphore-azote

Le système ignifuge synergique phosphore-azote présente les avantages du retardateur de flamme au phosphore et du retardateur de flamme à l'azote.En ajoutant de l'azote dans le retardateur de flamme au phosphore, cela peut améliorer la stabilité thermique et réduire la quantité de fumée, et en même temps, cela peut réduire la quantité de retardateur de flamme.En raison de l'effet synergique et synergique entre les éléments ignifuges phosphore et azote, le système ignifuge synergique phosphore-azote est devenu un point chaud dans la recherche de matériaux ignifuges sans halogène ces dernières années et est considéré comme l'une des directions pour le développement futur de retardateurs de flammes sans halogène.

Nous avons préparé des matériaux en caoutchouc EPDM ignifuges sans halogène en utilisant du cyanurate de mélamine et de l'hypophosphite de diéthylaluminium comme ignifugeants composés et de l'hypophosphite d'aluminium comme synergiste.Il a été démontré que lorsque le dosage de cyanurate de mélamine était de 76 parties, le dosage d'hypophosphite de diéthylaluminium était de 14 parties et le dosage d'hypophosphite d'aluminium était de 10 parties, le niveau de combustion verticale de l'EPDM atteignait FV-0, l'indice d'oxygène était 30, et l'EPDM avait de bonnes propriétés de traitement et mécaniques.

Nous avons introduit l'hétéropolyacide catalyseur formant du charbon (HPA) et le modificateur ignifuge CR, et les résultats ont montré que le nylon 6 renforcé de fibres de verre pouvait atteindre le niveau d'ignifugation UL-941,6 mm V-0 et bonnes propriétés mécaniques avec l'ajout de 2% de HPA et 2% de CR au système ignifuge.

Perspectives de la recherche

L'EPDM est une sorte de caoutchouc synthétique important, et son utilisation vient juste derrière le SBR et le caoutchouc cis-butadiène, devenant ainsi le troisième plus grand caoutchouc synthétique au monde.Parallèlement, avec le développement de l'économie et la sensibilisation accrue des citoyens à la protection de l'environnement, un nouveau type de retardateurs de flamme sans halogène, respectueux de l'environnement et efficaces remplacera progressivement les retardateurs de flamme halogènes traditionnels.