Forschung zum Photodegrad von flammretardanten ABS: Welches flammretardante und Anti-Aging-System ist effektiver?

Forschung zum Photodegrad von flammretardanten ABS: Welches flammretardante und Anti-Aging-System ist wirksamer?

I. Einführung

Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS) -Harz hat einen relativ niedrigen limitierenden Sauerstoffindex (LOI) von nur 18,3 bis 20, wodurch es zu einem hochflammbaren Polymer ist. Wenn es entzündet wird, erzeugt es eine große Menge schwarzer Rauch und brennt auch nach der Entfernung der Flammenquelle weiter. Das Material wird weich, Schmale und tropft beim Schmelzen. Aus elektrische und elektronische Komponenten aus ABS besteht aufgrund von Kurzschlüssen das Risiko einer Zündung, die die Anwendung in diesen Feldern einschränken. Daher wurde flammretardante ABS entwickelt, um diese Bedürfnisse zu erfüllen.

Diese Studie untersucht die Auswirkungen von Flammschutzmitteln, UV-Stabilisatoren und Titandioxid auf den Photoabgradungswiderstand von flammretardanten ABS, indem die Farbunterschiede vor und nach dem Altern untersucht, Anleitung und Unterstützung für die Anwendung des Materials liefert.

Ii. Flammenhemmung und Wetterbarkeit von ABS

Es gibt drei Hauptansätze zur flammretardanten Modifikation von ABS:

1. Mischung mit flammretardanten Polymeren zur Bildung von Legierungen.

2. Chemische Modifikation durch Zugabe eines vierten Monomers.

3.. Flammschutzmittel einbeziehen.

Unter diesen erreicht die dritte Methode ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung und ist die am häufigsten verwendete. Halogenierte Flammschutzmittel, insbesondere bromierte Flammschutzmittel, bieten die höchste Effizienz. In Kombination mit Synergisten wie Antimon-Trioxid (SB₂O₃) und Flammhemmungen wie Polytetrafluorethylen (PTFE) kann der LOI über 27 erreichen, und die vertikale Verbrennungsleistung kann eine UL94-V-0-Bewertung erreichen.

Das Polybutadien-Gummi in ABS-Harz enthält ungesättigte Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die in der Atmosphäre für Reaktionen mit Licht, Wärme, Sauerstoff und Feuchtigkeit anfällig sind. Dies führt zur Bildung von C = O -chromophorischen Gruppen, was zu Verfärbungen, Pulvers, Rissen und Abbau mechanischer Eigenschaften führt. Darüber hinaus erzeugt das Vorhandensein brominierter Flammschutzmittel in flammretardanten ABS während der Verarbeitung saure Substanzen wie HBR und freie Radikale (R •, Br •). Diese Substanzen leiten und fördern die Reaktionen im ABS -Harz weiter und verschlimmern ihre Wetterfähigkeit.

III. Vergleich des Photoabbaues zwischen flammretardanten und gewöhnlichen ABS

Zu den häufig verwendeten bromierten Flammschutzmitteln in styrolbasierten Materialien gehören Decabromodiphenylethan (DBDPE), Tetrabromobisphenol A (TBBA), brominiertes Epoxy-Oligomer (Bers), Tris (Tribromphenoxie) S-Trizin (TBM) und Brominierte Polystyren (BPS). Unter diesen zeigen die auf TBM, BER und TBBA basierenden Flame-Retardant ABS (FRABS) die am weitesten verbreitete Leistung und sind die am häufigsten angewendeten. Diese Studie verglich die Farbänderung aufgrund des Photoabbaues zwischen diesen weit verbreiteten Frabs und gewöhnlichen ABS (ABS) unter Xenon -Lampenalterung, wobei die Ergebnisse in Abbildung 1 gezeigt wurden.

Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, wirkt sich die Zugabe von bromierten Flammschutzmitteln auf die Veränderung der Farbunterschiede während der Alterung von Xenon -Lampen signifikant aus. Die Farbunterschiede stieg von 3,5 für gewöhnliche ABS für Frabs nach 336 Stunden Alterung dramatisch auf über 40. Darüber hinaus zeigte das Farbdiagramm der Frabs deutlich rund 500 Stunden. Dies bestätigt die vorherige Analyse, dass die sauren Substanzen und freien Radikale, die während der Verarbeitung brominierter Flammschutzmittel erzeugt wurden, die Reaktion und die Verfärbung von ABS unter Lichtbelastung beschleunigen können. Unter ihnen hat TBBA die ärmste thermische Stabilität (mit einer Zersetzungstemperatur von 2% von nur 285 ° C in Luft), was es anfälliger für den Abbau während der Verarbeitung ist und die schlimmste Wetterfähigkeit führt.

Unter Berücksichtigung der umfassenden Leistung und Kosten bietet Frabs basierend auf dem TBM -System einen höheren Marktwert. Daher werden nachfolgende Untersuchungen zu flammretardanten Abs diese TBM-basierten Frabs als Referenzmaterial für vergleichende Studien ohne weitere Erklärung verwenden.

Iv. Der Einfluss von Verwitterungsmitteln auf den photoes Abbau von flammenretardanten Bauchmuskeln

Um die Wetterfähigkeit von ABS zu verbessern, werden helle Stabilisatoren üblicherweise hinzugefügt, um die Photoabbaurate des Materials zu hemmen oder zu verlangsamen. Zu den Hauptstarten von Substanzen, die zur Verbesserung der Photostabilität von Materialien verwendet werden, gehören:

Lichtscreening -Wirkstoffe wie Carbonschwarz, Titandioxid und Zinkoxid. Ihr Stabilisierungsmechanismus besteht darin, ultraviolettes Licht (UV) zu absorbieren oder zu reflektieren, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Polymermaterialien verringert wird, die UV -Strahlung absorbieren.

UV -Absorber, einschließlich Salicylester, Benzophenone und Benzotriazoles. Diese UV -Absorber haben eine viel stärkere UV -Absorptionskapazität als die Chromophore in Polymeren. Sie können das frühe Initiationsstadium des Polymerabbaues durch Absorbieren von UV-Energie unterdrücken und sofort in harmlose Formen umwandeln, wie z. B. wärmedissipierte Infrarotenergie oder Phosphoreszenz und Fluoreszenz, wodurch die absorbierte UV-Energie auf eine Weise freigesetzt wird, die zum Polymer nicht geschafft wird.

Quencher, hauptsächlich Nickelkomplexe in zweiwertiger Form. Ihr Stabilisierungsmechanismus beinhaltet den Elektronentransfer mit den angeregten Molekülen im Polymermaterial. Die Moleküle des angeregten Zustands verlieren ihre Aktivität und kehren in den Grundzustand zurück, wodurch die Fortsetzung photochemischer Reaktionen verhindert wird.

Behinderte Amin -Lichtstabilisatoren (HALs), die durch Erfassen freier Radikale im Material und zersetzt Hydroperoxide erfassen. Dies hält die Konzentration von Hydroperoxiden im Material niedrig, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeiten der Ketteninitiation, der Kettenausbreitung und der Kettenzweige verlangsamt werden. Infolgedessen wird die Photoabbaurate des Materials verringert.

In dieser Studie wurden die am häufigsten verwendeten Benzotriazol-UV-Absorber (Verwitterungsmittel A) und behindertes Aminlichtstabilisator (Verwitterungsmittel B) ausgewählt, um ihre individuellen und kombinierten Effekte auf den photoes Abbau von flammretardanten ABS zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in den Abbildungen 2 bis 4 dargestellt.

Wie in Abbildung 2 gezeigt, kann die Zugabe von UV-Absorber die Photostabilität von flammretardanten ABS erheblich verbessern. Durch das Hinzufügen von 3 ‰ –5 ‰ UV -Absorber kann der Farbdifferenzwert nach 300 Stunden Exposition um ca. 50% reduziert werden. Während das Farbdiagramm ohne Verwitterungsmittel nach 300 Stunden zu knacken begann, zeigte die mit UV -Absorbers auch nach 672 Stunden kein signifikantes Knacken.

Die in Abbildung 3 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von HALs (behindertes Aminlichtstabilisator) nur geringe Auswirkungen auf den Photoabbau der flammretardanten ABS hat. Abbildung 4 zeigt die Photo-Abbauergebnisse von flammretardanten ABS, wenn Benzotriazol und HALs in Kombination verwendet werden. Die Ergebnisse ähneln im Wesentlichen denen, die erhalten wurden, wenn Benzotriazol allein verwendet wird, was auch darauf hinweist, dass Hals in diesem Fall unwirksam ist.

HALs sind in der Regel NH-Strukturen und n-methyl-substituierte Derivate auf. Sein Photostabilisierungsmechanismus ist recht komplex. Es wird allgemein angenommen, dass die gehinderten Amin -Nitroxylradikale die aktiven Spezies sind, die direkt für die Photostabilisierung von Polymeren verantwortlich sind. Hals selbst wirkt als Vorläufer der aktiven Photostabilisierungsstrukturen. Unter fototoxidativen Bedingungen enthält oder erzeugt das Polymer unweigerlich reaktive oxidative Spezies wie Ozon, Singulettsauerstoff, Wasserstoffperoxid, Peroxyradikale und Alkylperoxide. Die NH- und N-Methylstrukturen im Piperidingerüst von HALs werden durch diese reaktiven Spezies leicht in Nitroxylradikalstrukturen oxidiert. Die Nitroxylradikale von HALs können freie Radikale erfassen, die während des Photodegrades erzeugt werden, wodurch weitere schädliche Reaktionen unterbrochen werden, wie in 5 gezeigt.

Aufgrund seiner Amineigenschaften weist HALs jedoch einen gewissen Grad an Alkalität auf. Bei der Begegnung mit sauren Substanzen wird es protoniert, und die Aktivität der resultierenden Nitroxylradikale wird verringert. Dies kann auch der Hauptgrund für die Ineffektivität des Verwitterungsmittels B in flammartigen ABS sein.

N-alkylierte behinderte Amine (N-CH₃) sind etwas weniger grundlegend als gehinderte Amine mit sekundären Aminstrukturen (NH). Hydroxylaminstrukturen, o-alkylierte Hydroxylaminstrukturen und acetylierte Hinderamine weisen sogar einen gewissen Grad an schwachem Säure auf. Aus praktischer Sicht werden behinderte Aminlichtstabilisatoren mit schwächerer Alkalinität, wie z. Diese Arten von HALs sind möglicherweise besser für flammretardante ABS-Systeme geeignet, die leicht sauer sind, und in dieser Richtung kann weitere Untersuchungen durchgeführt werden.

V. Der Einfluss von Titandioxid und seine Kombination mit Verwitterungsmitteln auf den Photoabbau von flammenretardanten ABS

Rutile Titanium-Dioxid (TIO₂) ist für seine stabile Leistung und starke Lichtreflexion bekannt und macht es zu einem effizienten Licht-Screening-Agenten. Rutil -TiO₂ -Partikel haben jedoch auch einige photokatalytische Defekte. Wenn sie als UV -Lichtschild verwendet werden, müssen sie im Allgemeinen mit einem anorganischen Film wie SiO₂ oder Al₂o₃ beschichtet werden, um die photokatalytischen aktiven Stellen in ihrer Kristallstruktur zu schützen. Diese Studie untersuchte den Effekt des TiO₂-Gehalts auf den photo-Abbau von flammretardanten ABS, wobei die Ergebnisse in den Abbildungen 6 und 7 gezeigt wurden.

Abbildung 6 ergibt die Ergebnisse des Effekts verschiedener Titandioxid -Ergänzungen auf die leichte Alterungsleistung von Flammhemmungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von Titandioxid die Farbunterschiede Änderung der Flammschutzmittel nach Lichtalterung nach Licht des Lichts signifikant verringern kann. Je mehr Titandioxid zugesetzt wird, desto kleiner ist die Farbunterschiede Änderung der Flammschutzmittel nach Lichtalterung, wenn 2% des Titan -Dioxids nach 336H -Xen -Lampe 2% der Farbdifferenz von der Farbdifferenz von 40, 40. Titandioxid zugesetzt wird weiter auf 4%erhöht, die Farbunterschiede auf 11,8. Aufgrund der Tatsache, dass die Zugabe von Titandioxid zur Erhöhung der Materialdichte führen wird, nimmt die Materialdichte ab. Die Zugabe von Titandioxid wird zu einem Anstieg der Dichte des Materials führen, die Zähigkeit des Materials nimmt ab, die allgemeine Berücksichtigung der höheren Verwitterungsanforderungen für Flammschutzmittel -ABS, die Zugabe von Titandioxid um etwa 2% kann einen Gleichgewicht zwischen Weathieren und Leistung erreichen.

Im Flammschutzmittel mit einem zusammengesetzten Verwitterungsmittel kann die Zugabe von Titandioxid auch den leichten Witterungswiderstand des Materials effektiv verbessern. Der Farbunterschied nach dem Altern unter Xenon-Lampe für etwa 300 Stunden wurde ebenfalls untersucht, und der Farbunterschied des zusammengesetzten Verwitterungsmittels flammretierender Bauchmuskeln erreichte Titandioxid und die Werte des Farbunterschieds auf 13,2, 11,0 und 8,0 durch Hinzufügen von Titaniumdioxid bei 1%und 2%und 4%und 4%und 4%und 4%, was mit dem Gewicht von Gewalt mit dem Gewicht von Gewicht von Gewalt und Gewicht von zu einem Gewicht von zu einem Absaugen von zu einem Abs.

Abschluss

1. Das Bromflammhemmungssystem wirkt sich stärker auf die Lichtalterung von ABS -Materialien aus, die Farbunterschiede wird offensichtlich größer und das Riss tritt nach 500 Stunden auf.

2. UV -Absorber kann den Lichtalterungswiderstand von flammhemmenden Bauchmuskeln effektiv verbessern, aber die Wirkung des behinderten Amin ist nicht offensichtlich.

3. Die Zugabe von Titandioxid kann auch den Lichtalterungswiderstand von flammhemmenden ABs effektiv verbessern , indem mit einem Verwitterungsmittel das leichte Alterungswiderstand von Flammschutzmittel mit gewöhnlichen ABS vergleichbar werden kann.