Lösung der Herausforderung der TPU-Flammhemmung: Anorganische Flammschutzmittel + Nano-Compositing – Erzielung sowohl physikalischer Eigenschaften als auch Flammhemmung

Lösung der Herausforderung der TPU-Flammhemmung: Anorganische Flammschutzmittel + Nano-Compositing – Erzielung sowohl physikalischer Eigenschaften als auch Flammhemmung

Aufgrund von Einschränkungen bei den Rohstoffkosten, der technologischen Entwicklung und den Nutzungsbedingungen sind die derzeit in großem Maßstab eingesetzten mineralischen Flammschutzmittel hauptsächlich Aluminiumhydroxid-Flammschutzmittel und Magnesiumhydroxid-Flammschutzmittel (Brucit). Aluminiumhydroxid ist mengenmäßig das weltweit am häufigsten verwendete mineralische Flammschutzmittel und macht etwa 45 % des gesamten Flammschutzmittelverbrauchs aus. Sowohl auf inländischen als auch auf internationalen Märkten ist das zur Flammschutzausrüstung verwendete Aluminiumhydroxid hauptsächlich Alpha-Aluminiumoxid-Trihydrat (ATH-Al2Os·3H2O). Magnesiumhydroxid ist nach Aluminiumhydroxid ein weiteres wichtiges umweltfreundliches Flammschutzmittel. Die Vereinigten Staaten sind sowohl hinsichtlich der Produktionsmenge als auch der Vielfalt an Magnesiumhydroxid-Flammschutzmitteln führend. Obwohl China über reichlich Magnesiumhydroxid- Ressourcen verfügt, begann die Forschung zu Magnesiumhydroxid-Flammschutzmitteln relativ spät, und ihre Produktion, ihr Umfang, ihre Vielfalt und ihre Qualität blieben durchweg hinter internationalen Standards zurück.

Bei anorganischen Flammschutzmitteln ist zur Erzielung einer hohen Flammschutzwirkung eine große Zugabe des Flammschutzmittels erforderlich. Allerdings weisen anorganische Substanzen typischerweise eine schlechte Kompatibilität mit Polymermatrizen auf. Ihr erheblicher Einbau kann sich negativ auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Materialien wie TPU auswirken. Zur Verbesserung der Verträglichkeit ist eine entsprechende Oberflächenbehandlung anorganischer Flammschutzmittel erforderlich.

Wenn Glimmer und ATH zusammen als Additive zu Polyurethanmaterialien hinzugefügt werden, zeigt ATH eine deutliche flammhemmende Wirkung, verringert jedoch die Zugfestigkeit und Härte des Materials. Glimmer verfügt über hervorragende Wärmedämmeigenschaften und kann bei kombinierter Verwendung die negativen Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften von TPU, die durch die Einführung von ATH verursacht werden, teilweise ausgleichen, was es zu einer vorteilhaften Ergänzung zu ATH macht.

Tonmineralien können im Nanobereich gleichmäßig in Polymeren dispergiert werden. Die nanoskaligen Lamellen von Tonmineralien wirken als Barrieren in zwei Dimensionen und halten kleine Moleküle, brennbare Dämpfe und freigesetzte Wärme, die bei der Polymerverbrennung entstehen, zurück. Dies beeinflusst maßgeblich den Abbau und die Verbrennung der kondensierten Phase des Polymers. Darüber hinaus können die Tonlamellen in zwei Dimensionen auch die Rückführung der bei der Gasphasenverbrennung entstehenden Wärme in die kondensierte Phase behindern und so die Flammhemmung des Polymers verbessern. Nanoskalige dispergierte Tonlamellen schränken die Beweglichkeit der makromolekularen Polymerketten erheblich ein, was zu höheren Zersetzungstemperaturen dieser Ketten beim Erhitzen im Vergleich zu völlig freien Molekülketten führt.

Durch Verwendung eines heimischen wurde thermoplastischem TPU auf Polyesterbasis Flammschutz verliehen . Stickstoff-Phosphor-Flammschutzmittels (FRs) in Kombination mit Organoton Bei einer FR-Zugabe von 18 % erreichte das Material eine UL94 V-0-Einstufung und einen LOI von 32,8 %. Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Reißfestigkeit nahmen jedoch um 52,0 %, 44,0 % bzw. 12,3 % ab, während die Shore-A-Härte zunahm. Im Vergleich zu reinem TPU verringerten sich die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung und die Reißfestigkeit um 48,7 %, 39,4 % bzw. 11,1 %, wenn der FR-Zusatz 18 % und der Tonzusatz 1 % betrug. Unterdessen erreichte die Flammhemmung immer noch UL94 V-0 mit einem LOI von 32,8 %.

Blähgraphit (EG) ist eine spezielle Graphiteinlagerungsverbindung, die durch chemische Behandlung von natürlichem Flockengraphit entsteht. Graphit hat eine Schichtstruktur, die es ermöglicht, dass sich Alkalimetalle, stark oxidierende Oxysäuren und andere zwischen den Schichten einlagern und Interkalationsverbindungen bilden. Diese beginnen sich aufgrund der Zersetzung, Vergasung und Expansion der eingelagerten Verbindungen bei etwa 200 °C auszudehnen und erreichen ihre maximale Ausdehnung bei etwa 900 °C, wobei das Expansionsverhältnis möglicherweise das 280-fache erreichen kann. Der expandierte Graphit verwandelt sich von Flocken in „wurmartige“ Strukturen geringer Dichte. Es erhöht die Stabilität der Kohleschicht durch ein vernetztes Netzwerk und verhindert so ein Ablösen der Kohleschicht. Dadurch entsteht auf der Oberfläche des Materials eine wirksame wärmeisolierende und sauerstoffsperrende Schicht, die in der Lage ist, die Wärmeübertragung zur Oberfläche zu blockieren und die Diffusion niedermolekularer brennbarer Gase, die durch interne Zersetzung entstehen, in die Verbrennungszone zu verhindern. Dies verhindert einen weiteren Polymerabbau, unterbricht dadurch die Verbrennungskette und sorgt für effizienten Brandschutz und Flammschutz.

Graphit reagiert nicht chemisch mit Polyurethan, sondern bildet zwischen 200 °C und 300 °C eine wurmlochartige Kohleschicht, die das zerfallende Polyurethan einkapselt. Diese Schicht bleibt bei hohen Temperaturen relativ stabil, verhindert die Wärmeübertragung von der Wärmequelle auf das Innenmaterial und verhindert die Wanderung von Zersetzungsprodukten vom Innenmaterial zur Wärmequelle, wodurch die thermische Stabilität des Materials verbessert wird.

Während seines Forschungs- und Entwicklungsprozesses entdeckte Yinsu Flame Retardants, dass Blähgraphit auch ein hocheffizientes synergistisches Flammschutzmittel ist . Die „wurmartige“ Kohleschicht, die durch ihre sofortige Ausdehnung bei Feuereinwirkung entsteht, sorgt für eine wirksame Wärmeisolierung und Sauerstoffbarriere. In Kombination mit den im Artikel erwähnten Systemen wie anorganischen Flammschutzmitteln und Nanotonen bietet es einen vielfältigeren Ansatz zur Lösung der Herausforderung, Flammschutz und physikalische Eigenschaften in Materialien wie TPU in Einklang zu bringen. Gerne können Sie sich nach weiteren Einzelheiten erkundigen~