Analyse des PP-Flammschutzsystems und seiner Anwendungsaussichten

Analyse des PP-Flammschutzsystems und seiner Anwendungsaussichten

Polypropylen (PP) hat als einer der fünf Allzweckkunststoffe ein breites Anwendungsspektrum in allen Lebensbereichen. Allerdings schränken die brennbaren Eigenschaften von PP auch seinen Anwendungsbereich ein und behindern die Weiterentwicklung von PP-Materialien, so die Die flammhemmende Modifizierung von PP stand im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit.

Als nächstes werfen wir einen Blick auf den Verbrennungsprozess und den Flammschutzmechanismus der durch PP repräsentierten Polymermaterialien, den Bestand an flammhemmendem PP, die Aussichten für die Anwendung von flammhemmendem PP im Verpackungsbereich und die aktuellen Probleme.

ICH. Verbrennungsprozess und Mechanismus von Polymermaterialien

1. Verbrennungsprozess

Polymermaterialien sind Polymerverbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und andere Elemente in der Molekülkette enthalten, und die meisten Polymere sind brennbar.

Die Verbrennung von Polymermaterialien ist die Synthese einer Reihe physikalischer Veränderungen und chemischer Reaktionen. Daher treten beim Verbrennungsprozess von Polymermaterialien besondere Phänomene wie Schmelzen und Erweichen, Volumenänderungen usw. auf.

Der Verbrennungsprozess von Polymermaterialien ist in Abbildung 1 dargestellt, der sich grundsätzlich in die folgenden drei Schritte unterteilen lässt:

(1) Mit dem allmählichen Temperaturanstieg werden die schwächeren Bindungen in der Molekülkette aufgebrochen und das Material beginnt sich thermisch zu zersetzen. Während die thermische Zersetzung von Polymermaterialien weiter voranschreitet und sich intensiviert, entstehen auf der Oberfläche des Materials nach und nach kleine Gasmoleküle. Die meisten dieser Gase sind brennbar. Diese kleinen brennbaren Gasmoleküle vermischen sich mit dem Sauerstoff in der Luft und bilden so einen brennbaren Stoff Gasgemisch.

(2) Mit der Zersetzungsreaktion steigt die brennbare Konzentration des Gasgemisches auf der Oberfläche des Polymermaterials allmählich an, und wenn die Konzentration des brennbaren Gasgemisches und die äußere Umgebungstemperatur die kritischen Bedingungen erreichen, die für die Verbrennung erforderlich sind, entsteht eine heftige Chemikalie Es kommt zu einer Reaktion und die Oberfläche des Materials wird schnell entzündet.

(3) Durch die schnelle Verbrennung des brennbaren Gasgemisches wird eine große Wärmemenge freigesetzt, die sich nicht nur auf den Boden des Materials ausbreitet, sondern auch die Temperatur der Umgebung des Materials weiter erhöht und so die Zersetzung des Materials beschleunigt , wodurch mehr brennbare Gase entstehen und die Verbrennungsreaktion letztendlich weitergeht. Daher kann die Verbrennung von Polymermaterialien als ein Prozess der allmählichen Förderung und zyklischen Reaktion angesehen werden.

Als Kohlenwasserstoff beträgt der Sauerstoffindex von PP nur 17,4, es ist leicht zu verbrennen, weist eine schlechte Flammhemmung auf und erzeugt beim Verbrennen eine größere Hitze, begleitet von leicht durch Feuer verursachtem Tropfen, was eine Gefahr für Leben und Eigentum darstellt.

Im Bereich elektronischer und elektrischer Geräte schränkt diese brennbare Eigenschaft von PP seine breitere Anwendung ein, sodass Forschung und Entwicklung von flammhemmenden PP-Materialien erforderlich sind.

2. Flammhemmender Mechanismus

Der Flammschutzmechanismus kann grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Kettenreaktions-Abbruchmechanismus, Oberflächenisolationsmechanismus und Mechanismus zur Unterbrechung des Wärmeaustauschs.

(1) Mechanismus zum Abbruch der Kettenreaktion: Wenn PP verbrennt, zerfällt es zunächst in Kohlenwasserstoff und anschließend durch weitere thermisch-oxidative Spaltung in freies HO- bei hoher Temperatur. Die Kettenreaktion von HO- ist der Grund dafür, dass die Verbrennung aufrechterhalten werden kann Die Beendigung der Kettenreaktion besteht darin, das bei der Verbrennung entstehende HO- zu verbrauchen.

(2) Oberflächenisolationsmechanismus, PP in der Verbrennung, Flammschutzmittel absorbiert nicht nur Wärme, sondern erzeugt auch in der PP-Oberfläche feste Verbindungen, die Verbindungen spielen eine Rolle bei der Blockierung der Matrix und des Luftkontakts und verhindern so die Verbrennung.

(3) Unterbrechung des Wärmeaustauschmechanismus. Dieser Mechanismus bezieht sich darauf, dass das Flammschutzmittel im Verbrennungsprozess eine große Menge an Verbrennungswärme absorbieren kann, so dass der Verbrennungsreaktion genügend Wärme fehlt und es dann zu einem Selbstverlöschungsphänomen kommt, um eine flammhemmende Wirkung zu erzielen.

II. Flammhemmende PP-Modifikation

1. Metallhydroxid-Flammschutzmittel

Die Aktivkohle im Metallhydroxid-Flammschutzmittel hat eine große spezifische Oberfläche und ist reich an funktionellen Gruppen, die sich gut mit der Hydroxylgruppe auf den Natriummagnesiumhydroxidpartikeln verbinden können, wodurch die Oberflächenpolarität des Magnesiumhydroxids effektiv geschwächt wird Reduziert die Möglichkeit einer Agglomeration, verbessert die Kompatibilität von Natriummagnesiumhydroxid und der PP-Matrix und verbessert die flammhemmenden Eigenschaften des Materials.

Darüber hinaus können durch Testen der Änderung des Ölabsorptionswerts das optimale Verhältnis und der optimale Aktivierungsgrad des Flammschutzmittels weiter angepasst werden. Schließlich wurde festgestellt, dass der Grenzsauerstoffindex den Maximalwert von 28,9 % erreichte, wenn 25 Gew.-% aktiviert wurden Der PP-Matrix wurde mit Holzkohle modifiziertes Magnesiumhydroxid-Flammschutzmittel zugesetzt.

Flammschutzmittel aus Metallhydroxid, das zur Verbesserung der Flammhemmung von PP-Materialien verwendet wurde, wurden mit Polyolefinelastomer (POE) und Nano-Calciumcarbonat CaCO3 versetzt, um die mechanische Festigkeit der Materialien zu verbessern. Die Ergebnisse zeigen, dass die modifizierten PP-Verbundwerkstoffe sowohl starke flammhemmende Eigenschaften als auch eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen können.

2. Bor Flahm Rverzögernd

In PP/BN@MGO-Verbundwerkstoffen ist aufgrund der verkapselten Struktur und der Alkylierungsmodifikation des BN@MGO-Flammschutzmittels die Effizienz der Alkylbindungsverzweigung hoch und Kohlenstoff kann auf der Oberfläche des Füllstoffs angereichert werden, was die Affinität zwischen ihnen deutlich erhöht BN@MGO flammhemmend und der PP-Körper, so dass es gleichmäßig in der PP-Matrix verteilt werden kann.

Unterdessen hat die modifizierte Behandlung BN@MGO einen Zickzack-Pfadeffekt und eine hohe thermische Stabilität, wodurch das Material einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine höhere Flammschutzleistung aufweist, und diese Eigenschaften können dazu führen, dass das Verbundmaterial aus PP/BN@MGO eine breite Anwendung findet Raum im Bereich hocheffizienter elektronischer Wärmeableitungsgeräte, Haushaltsgeräte und Wärmemanagement.

Mit 25 Gew.-% APP/MCA-K-ZB-Füllstoff (Massenverhältnis APP/MCA-K-ZB von 3/1) können die PP-Verbundwerkstoffe im UL-94-Test die Bewertung V-0 erreichen, während der ultimative Sauerstoffindex bei liegt so hoch wie 32,7 %.

Unterdessen zeigen thermogravimetrische Analysen (TGA) und Rasterelektronenmikroskop-Tests (REM), dass durch die Zugabe von APP/MCA-K-ZB eine dichte Graphit-Kohlenstoffschicht gebildet werden kann und diese dichte Kohlenstoffschicht die darunter liegende PP-Matrix wirksam vor weiterer Verbrennung schützen kann , wodurch die thermische Stabilität und die Kohlenstoffbildungsfähigkeit von PP-Verbundwerkstoffen verbessert werden.

3. Phosphor Flahm Rverzögernd

Phosphor-Flammschutzmittel in Sorbitol mit einer großen Anzahl von Hydroxylgruppen, leicht zur Bildung einer Holzkohleschicht bei der Verbrennung und Ammoniumpolyphosphat-Zersetzung des Moments der Wärme zur Erzeugung von Phosphatverbindungen, verstärken die Holzkohlewirkung von Sorbitol und die Produktion einer Holzkohleschicht weiter Verlangsamt die Ausbreitung von Wärme und isoliert den Sauerstoff, verbessert die flammhemmenden Eigenschaften des Materials.

Darüber hinaus kann Sorbitol als Hülle eine gute Dispersionsrolle spielen, indem es die Aggregation von MCAPP-Partikeln verhindert, und eine bessere Verteilung kann gleichzeitig die flammhemmenden Eigenschaften und die mechanische Festigkeit des Materials verbessern.

SPDEB wird mit Ammoniumpolyphosphat als Flammschutzmittel vermischt, um die Flammhemmung von PP-Materialien zu verbessern. In dem System zersetzt SPDEB Aminoradikale und Alkylradikale, wenn es Hitze ausgesetzt wird, und beide können die hochaktiven Radikale einfangen, die durch die thermische Zersetzung von Polymeren entstehen, wodurch die Zersetzung von PP-Ketten blockiert und so die Produktion brennbarer Substanzen reduziert wird spielt die Rolle, die Verbrennung zu verzögern und zu beenden.

Wenn SPDEB zusammen mit Ammoniumpolyphosphat verwendet wird, kann das Ammoniumpolyphosphat die Dehydrierung von SPEDB zu Holzkohle fördern und seine Holzkohleschicht verfestigen, wodurch das Austreten von Holzkohlepartikeln während der Verbrennung und die Emission brennbarer Gase verringert werden können.

4. Auf Stickstoffbasis Flahm Rverzögernd

MPP erzeugt bei der Verbrennung nicht brennbare Gase (einschließlich NH3, NO und H2O) und einige phosphorhaltige Substanzen, während AP bei hohen Temperaturen Aluminiumphosphat Al2(HPO4)3 und Phosphin (PH3)-Gase freisetzen kann, die nicht nur das verdünnen brennbare Gase in der Luft, sondern wirken auch als Gasschutz auf der Oberfläche des Materials und reduzieren so die Verbrennung.

Darüber hinaus kann dieses MPP Phosphor-Sauerstoff-reaktive Radikale in das Gas verflüchtigen, hochreaktive Radikale einfangen und so die Hauptkettenbrüche von PP beenden.

Supramolekulare Selbstorganisation ist eine Methode zur Synthese von Verbindungen mit spezifischen Funktionen und wohldefinierten Strukturen unter Verwendung nichtkovalenter Bindungen wie Wasserstoffbrückenbindungen und ionischer Wechselwirkungen. Im APP@MEL-TA-System verbindet sich MEL-TA durch elektrostatische Wechselwirkungen mit Ammoniumpolyphosphat, um die Oberfläche von Ammoniumpolyphosphat zu bedecken, was die Dispersion von Ammoniumpolyphosphat in PP-Materialien verbessert.

Gleichzeitig hat MEL-TA einen hohen Stickstoffgehalt und zersetzt sich durch Hitze unter Freisetzung einer großen Menge nicht brennbarer Gase, die die Oberfläche des Materials bedecken, um die Sauerstoffkonzentration auf der Oberfläche des Materials zu verringern und die Qualität weiter zu verbessern Flammhemmende Fähigkeit.

5. Intumeszierendes Flammschutzmittel

NiCO₂O₄ hat die Vorteile einer kontrollierbaren Morphologie, einer großen spezifischen Oberfläche, mehrerer aktiver Stellen und einfacher und vielfältiger Herstellungsmethoden, die als Verbindung auf Nickelbasis eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Kohlenstoffkatalyse besitzt, sowohl im Hinblick auf die Reduzierung von Verbrennungsprodukten als auch auf die Verbesserung der Flammhemmung .

Dies wird hauptsächlich auf das Vorhandensein von Ni+ zurückgeführt, das die thermische Zersetzung von PER beschleunigt und die Verkohlung von Ammoniumpolyphosphat fördert, was zur Bildung einer ausgedehnten Kohlenstoffschicht im PP/IFR-System beiträgt. Unterdessen sind die Bimetalloxide mit ihrer hohen Stabilität und starken katalytischen Fähigkeit bei hohen Temperaturen in der Lage, die Bildung einer dichten und homogenen Kohlenstoffschicht im PP/IFR-Material zu fördern und die thermische Stabilität sowohl der Schicht als auch des Materials zu verbessern Kohlenstoffrückstände.

Dazu kommt noch das blütenartige NiCO₂O₄ weist eine große Anzahl von Falten auf und die Kontaktfläche mit dem Polymer ist groß und rau, was die Bindungskraft erhöht, und die blütenartige Struktur weist eine starke Stabilität auf, wodurch eine Beschädigung während der Verarbeitung vermieden und die strukturelle Integrität aufrechterhalten werden kann.

Gleichzeitig können die holzkohlebildenden Substanzen im Verbrennungsprozess zwischen der blütenartigen Struktur fixiert werden, um die Stabilität der Holzkohleschicht zu verbessern, und so effektiv die Rolle einer Barriere spielen, um die Flammhemmung und den Schutz des Substrats zu erreichen .

OS-MCAPP ist eine Art APP, die mit SiO behandelt wird₂ Gel, das nicht nur als Gas- und Säurequelle fungiert, sondern auch dazu beiträgt, dass PP eine schützende Verkohlungsschicht bildet und das PP-Substrat vor weiterer Zersetzung schützt. PEIC ist eine ausgezeichnete Verkohlungsquelle und seine Anwesenheit spielt eine große Rolle bei der Bildung von hochwertige expandierte Kohle und fördert die Herstellung ausgezeichneter flammhemmender Verbundwerkstoffe.

PPA-C reagiert während der Verbrennung mit PER unter Bildung von POC- und PC-Bindungen, die zur Bildung nahezu defektfreier Verkohlungsschichten beitragen. Darüber hinaus kann PPA-C dazu führen, dass PP sich früher thermisch zersetzt und bei höheren Temperaturen mehr Kohlerückstände bildet.

Unterdessen haben PPA-C und PER eine gute synergistische Wirkung, und die Flammhemmung von PPA-C/PER ist dem herkömmlichen APP/PER-System überlegen. Wenn der Gehalt an PPA-C/PER (3:1) 18 Gew.-% erreicht, erreichen PP/IFR-Verbundwerkstoffe im UL-94-Test die Bewertung V-0 und der endgültige Sauerstoffindex kann 28,8 % erreichen.

III. Anwendung von flammhemmendem PP im Verpackungsbereich

PP-Kunststoff hat eine geringe Dichte, gute Transparenz, ist ungiftig und geschmacksneutral, lässt sich leicht verarbeiten und formen, hat einen niedrigen Preis und andere Eigenschaften, so dass er einen enormen Anwendungswert im Bereich der Verpackung hat, aber die Mängel von PP-Kunststoff wie Entflammbarkeit, schlechte Hochtemperaturbeständigkeit und andere Mängel schränken die Entwicklung im Verpackungsbereich ein. Daher beschäftigen sich in den letzten Jahren viele Wissenschaftler mit der Erforschung von PP-Verpackungsmaterialien mit hohen Flammschutzeigenschaften.

1. Automobilbatteriegehäuse

Die Batterie ist einer der wichtigsten Teile von Fahrzeugen mit neuer Energie, und das Batteriegehäuse, das für den Schutz der Batteriesicherheit verantwortlich ist, ist ebenfalls besonders wichtig und erfordert eine Batterieverpackung mit Isolierung, Schlagfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und guten Flammschutzeigenschaften.

Herkömmliche Batterieverpackungen bestehen hauptsächlich aus Metallmaterialien und Sheet Moulding Compound (SMC). Einige dieser beiden Materialien verfügen jedoch über ein komplexes Formverfahren und eine hohe Dichte, was sich auf das Leichtgewicht von Fahrzeugen mit neuer Energie auswirkt. Daher haben schlagfeste PP-Materialien mit geringer Dichte Beachtung gefunden.

Unter Verwendung von PP-Harz als Matrix, Ammoniumpolyphosphat/Triazin-Komplexsystem als Flammschutzmittel, Ethylen-Octen-Copolymer, Elastomeren auf Propylenbasis und EPDM als Zähigkeitsmittel wird durch ein Schmelzmischverfahren ein PP-Material mit flammhemmenden Eigenschaften hergestellt Wird als Batteriehülle von Fahrzeugen mit neuer Energie verwendet.

Dieses PP-Material weist gute Flammschutzeigenschaften und Schlagzähigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte auf und verfügt über eine gute Abdichtungs- und Wasserdichtigkeitsleistung, die jetzt in Chargen in Produktion geht.

2. Teileverpackung

PP/MHSH/Al2O3/NP-Verbundwerkstoffe wurden durch Schmelzmischverfahren durch Modifizieren von Magnesiumsulfat-Whisker (MHSH) und Aluminiumoxid (Al) hergestellt₂O₃), Einbringen des Vernetzungsmittels KH-550 auf die Oberflächen beider Teile sowie Zugabe eines Stickstoff-Phosphor-Komplex-Flammschutzmittels und einer PP-Matrix und wurden zu Folien weiterverarbeitet.

Das Stickstoff-Phosphor-Flammschutzmittel fördert nicht nur die Bildung einer expandierten Kohlenstoffschicht in der PP-Matrix bei hoher Temperatur, sondern reagiert auch mit MHSH unter Bildung eines Magnesiumphosphatsalzes mit guter thermischer Stabilität, und die Anwesenheit des Magnesiumphosphatsalzes verbessert die Stärke der expandierten Kohlenstoffschicht und spielt die Rolle der Skelettunterstützung.

Der Zusatz von Al₂O₃ kann die Wärmeleitfähigkeit des Materials verbessern, so dass die innere Wärme des Materials schnell auf die Oberfläche übertragen wird, was bei der Wärmeableitung eine Rolle spielt und so die Wärmebeständigkeit des Materials verbessert. Inzwischen haben MHSH und Al₂O₃ sind starre Füllstoffe mit guter mechanischer Festigkeit, die die mechanischen Eigenschaften von PP/MHSH/Al verbessern können₂O₃/NP-Verbundfolie.

Daher PP/MHSH/Al₂O₃Die /NP-Verbundfolie verfügt sowohl über hervorragende Flammschutzeigenschaften als auch über eine hohe mechanische Festigkeit und erweitert so den Anwendungsbereich von PP-Verbundwerkstoffen.

3. Lebensmittelbehälter

Die Verwendung von Ammoniumpolyphosphat als Gas- und Säurequelle, Triazin-Kohlenstoff als Kohlenstoffquelle und dann mit dem synergistischen Mittel bilden zusammen IFR, und dann mit der sauberen Behandlung von Lunchboxen aus recyceltem Polypropylen durch das Schmelzmischverfahren zur Herstellung von PP-Verbundmaterialien mit hohen flammhemmenden Eigenschaften, was beweist, dass die PP-Lunchboxen ein großes Recyclingpotenzial haben.

IV. Aktuelle Themen in der PP-Flammschutzmittelforschung

In den letzten Jahren haben immer mehr Menschen damit begonnen, flammhemmende PP-Verbundwerkstoffe zu untersuchen, aber die flammhemmende Forschung an PP ist hauptsächlich durch die folgenden Probleme gekennzeichnet:

(1) Das flammhemmende Additiv ist groß und schlecht mit der Matrix verträglich, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Materials zu stark geschädigt werden und die Verwendung von PP-Verbundwerkstoffen beeinträchtigt wird.

(2) Die meisten aktuellen Flammschutzmittel mit hoher Flammschutzwirkung enthalten Halogene, die den Anforderungen des grünen Umweltschutzes nicht gerecht werden.

(3) Flammschutzmittel sind teurer, was die Produktionskosten für flammhemmende PP-Materialien erhöht.

Abschluss

YINSU Flame Retardant ist auf die Bereitstellung umfassender Flammschutzlösungen für PP-Materialien spezialisiert und seine Produktlinie umfasst eine breite Palette hochwirksamer Flammschutzmittel, um den Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht zu werden. Für Anwendungen, die höchste Flammschutzstandards erfordern, bietet das Unternehmen Flammschutzmittel der Güteklasse PP V0 an, wie z PPV0-P-32M, das die flammhemmende Technologie mit rotem Phosphor nutzt, kann sicherstellen, dass das Material unter strengen Tests eine UL-94 V0-Einstufung erreicht und für den Einsatz auf neuen, wiedergewonnenen sowie homo- und copolymerisierten PP-Materialien geeignet ist. Für kostensensible Anwendungen gibt es mittlerweile PP V2 mit Flammschutzmittel PPV2-8H bietet eine kostengünstige und effiziente Flammschutzoption für recycelte PP-Materialien, die nicht nur die Materialkosten senkt, sondern auch gute Flammschutzeigenschaften beibehält.

Darüber hinaus YINSU Flammschutzmittel T3 Das Produkt, das ein idealer Partner für Brom-Flammschutzmittel ist, kann mit ihnen synergetisch arbeiten, um die Flammschutzwirkung von PP-Materialien erheblich zu verbessern und problemlos den V0-Klassenstandard zu erreichen. Das Unternehmen hat außerdem ein nichthalogeniertes Flammschutzmittel, Piperazinpyrophosphat, auf den Markt gebracht PPAP-15, ein Produkt, das nicht nur umweltfreundlich ist, sondern auch eine hohe Flammschutzwirkung aufweist und dem Markt eine umweltfreundliche Flammschutzoption bietet.

YINSU Flame Retardant hat sich seit jeher der Bereitstellung effizienter und kostengünstiger Flammschutzlösungen für gängige PP-Materialien verschrieben, sowohl neue als auch recycelte. Durch kontinuierliche technologische Innovation und Produktoptimierung hilft YINSU Flame Retardant seinen Kunden, Produktqualität und -sicherheit zu gewährleisten, gleichzeitig Kostensenkungen zu erzielen und die nachhaltige Entwicklung der Branche zu fördern.