Recherche sur la photodégradation des ABS ignifuges à la flamme: Quel système ignifuge et anti-âge est plus efficace?

Recherche sur la photodégradation des ABS ignifuges à la flamme: Quel système ignifuge et anti-âge est plus efficace?

I. Introduction

La résine acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) a un indice d'oxygène limitant relativement faible (LOI) de seulement 18,3-20, ce qui en fait un polymère hautement inflammable. Lorsqu'il est enflammé, il produit une grande quantité de fumée noire et continue de brûler même après la suppression de la source de flamme. Le matériau adoucit, les caractères et les gouttes alors qu'il fond. Les composants électriques et électroniques fabriqués à partir d'ABS sont à risque d'allumage en raison de courts-circuits, ce qui limite son application dans ces champs. Par conséquent, les ABS ignifuges ont été développés pour répondre à ces besoins.

Cette étude examine les effets des retardateurs de flammes, des stabilisateurs UV et du dioxyde de titane sur la résistance à la photodégradation des ABS ignifuges en examinant les changements de différence de couleur avant et après le vieillissement, en fournissant des conseils et un soutien à l'application du matériau.

Ii Retard de flamme et intempéries des abdos

Il y a trois principales approches de la modification ignifuge des absences de la flamme:

1. Mélanger avec des polymères ignifuges à la flamme pour former des alliages.

2. Modification chimique par l'ajout d'un quatrième monomère.

3. Intégration des retardateurs de flamme.

Parmi ceux-ci, la troisième méthode atteint un équilibre entre le coût et les performances et est la plus utilisée. Les retardateurs de flamme halogénés, en particulier les retardateurs de flamme bromés, offrent l'efficacité la plus élevée. Lorsqu'ils sont combinés avec des synergistes tels que le trioxyde d'antimoine (SB₂O₃) et les additifs issus de la flamme comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE), la LOI peut atteindre au-dessus de 27, et les performances de combustion verticale peuvent atteindre la cote UL94 V-0.

Le caoutchouc polybutadiène dans la résine ABS contient des liaisons doubles carbone-carbone insaturées, qui sont sensibles aux réactions avec la lumière, la chaleur, l'oxygène et l'humidité dans l'atmosphère. Cela conduit à la formation de groupes chromophoriques C = O, entraînant la décoloration, la poudre, la fissuration et la dégradation des propriétés mécaniques. De plus, la présence de retardateurs de flamme bromés dans les ABS ignifuges à la flamme génère des substances acides telles que HBR et les radicaux libres (R •, Br •) pendant le traitement. Ces substances déclenchent et favorisent davantage les réactions dans la résine ABS, aggravant sa métérabilité.

Iii. Comparaison de la photodégradation entre les abdos ignifuges et ordinaires

Les retardateurs de flamme bromés couramment utilisés dans les matériaux à base de styrène comprennent le décabromodiphényléthane (DBDPE), le tétrabromobisphénol A (TBBA), l'oligomère époxy bromé (BER), le Tris (Tribromophénoxy) S-Triazine (TBM) et le polystyrène bromé (BPS). Parmi ceux-ci, les systèmes ABS (FRABS) ignifuges basés sur TBM, BER et TBBA présentent les performances les plus équilibrées et sont les plus largement appliquées. Cette étude a comparé le changement de couleur dû à la photodégradation entre ces frabs largement utilisés et les ABS ordinaires (ABS) sous vieillissement de la lampe au xénon, avec les résultats présentés à la figure 1.

Comme le montre la figure 1, l'ajout de retardateurs de flamme bromés a un impact significatif sur le changement de différence de couleur pendant le vieillissement de la lampe au xénon. La différence de couleur a considérablement augmenté de 3,5 pour les abdos ordinaires à plus de 40 pour les frabs après 336 heures de vieillissement. De plus, le tableau des couleurs des frabs a montré une fissuration notable vers 500 heures. Cela confirme l'analyse précédente selon laquelle les substances acides et les radicaux libres générés lors du traitement des retardateurs de flamme bromés peuvent accélérer la réaction et la décoloration des ABS sous une exposition à la lumière. Parmi eux, le TBBA a la stabilité thermique la plus pauvre (avec une température de décomposition de 2% de seulement 285 ° C dans l'air), ce qui le rend plus sujet à la dégradation pendant le traitement et entraînant la pire intempérir.

Compte tenu des facteurs complets de performance et de coût, les frabs basés sur le système TBM offrent une plus grande valeur marchande. Par conséquent, les recherches ultérieures sur l'ABS ignifuge des flammes utiliseront ces frabs basés sur TBM comme matériel de référence pour des études comparatives, sans explication supplémentaire.

Iv. L'impact des agents d'altération sur la photodégradation des abdos ignifuges à la flamme

Pour améliorer la métérabilité des ABS, des stabilisateurs d'éclairage sont généralement ajoutés pour inhiber ou ralentir le taux de photodégradation du matériau. Les principaux types de substances utilisés pour améliorer la photostabilité des matériaux comprennent:

Des agents de dépistage légers, tels que le noir de carbone, le dioxyde de titane et l'oxyde de zinc. Leur mécanisme de stabilisation consiste à absorber ou à refléter la lumière ultraviolette (UV), réduisant ainsi la probabilité que les matériaux polymères absorbent le rayonnement UV.

Absorbants UV, y compris les esters de salicylate, les benzophénones et les benzotriazoles. Ces absorbeurs UV ont une capacité d'absorption des UV beaucoup plus forte que les chromophores dans les polymères. Ils peuvent supprimer le stade d'initiation précoce de la dégradation du polymère en absorbant l'énergie des UV et en les convertissant immédiatement en formes inoffensives, telles que l'énergie infrarouge dissagée par la chaleur, ou la phosphorescence et la fluorescence, libérant ainsi l'énergie UV absorbée d'une manière qui n'est pas endommagée au polymère.

Designers, principalement des complexes de nickel sous forme divalent. Leur mécanisme de stabilisation implique un transfert d'électrons avec les molécules à l'état excité dans le matériau du polymère. Les molécules à l'état excité perdent leur activité et retournent à l'état fondamental, empêchant ainsi les réactions photochimiques de se poursuivre.

Stabilisateurs d'éclairage amine entravés (HALS), qui fonctionnent en capturant les radicaux libres dans le matériau et en décomposant les hydroperoxydes. Cela maintient la concentration d'hydroperoxydes dans le matériau bas, ralentissant ainsi les taux de réaction de l'initiation de la chaîne, de la propagation de la chaîne et de la ramification de la chaîne. En conséquence, le taux de photodégradation du matériau est réduit.

Dans cette étude, l'absorbeur UV de benzotriazole le plus largement utilisé (agent d'altération A) et le stabilisateur de lumière amine gêné (agent d'altération B) ont été sélectionnés pour étudier leurs effets individuels et combinés sur la photodégradation des Abs ignifuges à la flamme. Les résultats sont présentés sur les figures 2 à 4.

Comme le montre la figure 2, l'ajout d'absorbants UV peut améliorer considérablement la photostabilité des Abs ignifuges à la flamme. L'ajout d'absorbeur UV de 3 ‰ –5 ‰ peut réduire la valeur de différence de couleur d'environ 50% après 300 heures d'exposition. De plus, alors que le tableau des couleurs sans intempéries a commencé à se fissurer après 300 heures, celui avec des absorbeurs UV n'a montré aucune fissuration significative même après 672 heures.

Les résultats présentés sur la figure 3 indiquent que l'ajout de HALS (stabilisateur d'éclairage d'amine entravé) a peu d'impact sur la photodégradation des ABS ignifuges à la flamme. La figure 4 présente les résultats de la photodégradation des ABS ignifuges lorsque le benzotriazole et les HAL sont utilisés en combinaison. Les résultats sont essentiellement similaires à ceux obtenus lorsque le benzotriazole est utilisé seul, ce qui indique également que Hals est inefficace dans ce cas.

HALS présente généralement des structures NH et des dérivés substitués par N-méthyl. Son mécanisme de photostabilisation est assez complexe. On pense généralement que les radicaux nitroxyles d'amine entravés sont les espèces actives directement responsables de la photostabilisation des polymères. HALS lui-même agit comme un précurseur des structures photostabilisatrices actives. Dans des conditions photo-oxydantes, le polymère contient ou génère inévitablement des espèces oxydatives réactives telles que l'ozone, l'oxygène singulet, le peroxyde d'hydrogène, les radicaux peroxy et les peroxydes d'alkyle. Les structures NH et N-méthyl dans le cadre de pipéridine de HALS sont facilement oxydées par ces espèces réactives dans des structures radicales nitroxyles. Les radicaux nitroxyles de HAL peuvent capturer les radicaux libres générés lors de la photodégradation, interrompant ainsi d'autres réactions préjudiciables, comme le montre la figure 5.

Cependant, en raison de ses caractéristiques de l'amine, Hals présente un certain degré d'alcalinité. Lors de la rencontre de substances acides, elle devient protonée et l'activité des radicaux nitroxyle résultante est réduite. Cela peut également être la principale raison de l'inefficacité de l'agent d'altération B dans les ABS ignifuges à la flamme.

Les amines entravées en N-alkylé (N-CH₃) sont légèrement moins basiques que les amines entravées avec des structures d'amine secondaires (NH). Les structures d'hydroxylamine, les structures d'hydroxylamine O-alkylées et les amines entravées acétylées présentent même un certain degré d'acidité faible. D'un point de vue pratique, des stabilisateurs d'éclairage amine entravés avec une alcalinité plus faible, tels que les structures d'hydroxylamine O-alkylées et les dérivés d'amine entravés acétylés, sont généralement préférés. Ces types de HAL peuvent être plus adaptés aux systèmes ABS ignifuges légèrement acides, et une exploration plus approfondie peut être menée dans cette direction.

V. L'impact du dioxyde de titane et sa combinaison avec les agents d'altération sur la photodégradation des abdos ignifuges à la flamme

Le dioxyde de titane rutile (TiO₂) est connu pour ses performances stables et sa forte réflexion de la lumière, ce qui en fait un agent de dépistage de la lumière efficace. Cependant, les particules de tio₂ rutile ont également des défauts photocatalytiques. Lorsqu'ils sont utilisés comme bouclier lumineux UV, ils doivent généralement être enduits d'un film inorganique tel que Sio₂ ou Al₂o₃ pour protéger les sites actifs photocatalytiques dans leur structure cristalline. Cette étude a étudié l'effet de la teneur en tio₂ sur la photodégradation des ABS ignifuges, avec les résultats présentés dans les figures 6 et 7.

La figure 6 donne les résultats de l'effet de différents ajouts de dioxyde de titane sur les performances de vieillissement lumineuses des ABS ignifuges. Les résultats montrent que l'ajout de dioxyde de titane peut réduire considérablement le changement de différence de couleur des abdos ignifuges après le vieillissement de la lumière, plus le dioxyde de titane est ajouté, plus le changement de différence de couleur est plus petit, après 336h Abs de la lumière, lorsque la différence de couleur de la quantité de flamme est réduite à partir de l'original. du dioxyde de titane ajouté est encore augmenté à 4%, la différence de couleur est réduite à 11,8. En raison du fait que l'ajout de dioxyde de titane entraînera une augmentation de la densité du matériel, la ténacité du matériel diminuera. L'ajout de dioxyde de titane entraînera une augmentation de la densité du matériau, la ténacité du matériau diminue, la considération globale, pour les exigences d'altération plus élevées des ABS ignifuges, l'ajout de dioxyde de titane environ 2% peut atteindre un équilibre entre l'altération et les performances.

Dans le système ABS iSTRAUDANT avec un agent d'altération composé, l'ajout de dioxyde de titane peut également améliorer efficacement la résistance à l'altération du vieillissement léger du matériau. La différence de couleur après vieillissement sous la lampe à xénon pendant environ 300h a également été examinée, et la différence de couleur de l'agent composé de l'agent d'altération de flamme flamme sans ajouter de dioxyde de titane a atteint 17,3, et les valeurs de la différence de couleur ont été réduites à 13,2, 11,0, et 8,0 en ajoutant du dioxyde de titane à 1%, 2% et 4% respectivement, qui est comparable à celle de 1%, et 4% respectivement, qui est comparable.

Conclusion

1. Le système ignifuge de flamme de brome a un plus grand effet sur le vieillissement lumineux des matériaux ABS, la différence de couleur devient évidemment plus grande et la fissuration se produit après 500h.

2. L'absorbeur UV peut améliorer efficacement la résistance au vieillissement de la lumière des ABS ignifuges, mais l'effet de l'amine entravée n'est pas évident.

3. L'ajout de dioxyde de titane peut également améliorer efficacement la résistance au vieillissement de la lumière des ABS ignifuges , en composant avec l'agent d'altération, la résistance au vieillissement de la lumière des ABS ignifuges peut atteindre comparable avec les abdos ordinaires.