So machen Sie EPDM zu einem halogenfreien Flammschutzmittel？YINSU Flammschutzmittel gibt Ihnen die Antwort!

So machen Sie EPDM zu einem halogenfreien Flammschutzmittel？ YINSU Flammschutzmittel gibt Ihnen die Antwort!

Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ist ein Copolymer aus Ethylen, Propylen und nicht konjugiertem Dien, die molekulare Hauptkette von EPDM hat eine gesättigte Struktur, nur eine kleine Anzahl ungesättigter Gruppen der molekularen Seitenkette, die molekulare Struktur des EPDM weist eine ausgezeichnete Alterungs-, Ozon-, Korrosions-, elektrische Isolierungs- und andere Eigenschaften auf und wird häufig im Baugewerbe, in Automobilteilen, Kabeln und Leitungen und in anderen Bereichen eingesetzt.

EPDM ist jedoch ein Kohlenwasserstoffmaterial, der Sauerstoffindex beträgt nur etwa 19, es ist sehr leicht zu verbrennen und die Rauchmenge beim Verbrennen ist größer. Dies sind Einschränkungen für seine Anwendung. Um das Problem der Entflammbarkeit zu lösen, ist es notwendig, EPDM Flammschutzmittel zuzusetzen. Die traditionelle Flammschutzmethode besteht darin, dem EPDM-Halogen/Antimon-Flammschutzsystem eine höhere Flammschutzwirkung zu verleihen. Diese Art von Flammschutzadditiv ist klein, die mechanischen Eigenschaften des Materials und die Verarbeitungsleistung des Aufpralls sind gering, aber bei der Verbrennung wird eine große Menge Rauch sowie giftiges, korrosives Halogenwasserstoffgas erzeugt, was zu Sekundärverschmutzung führt. Es wurden zahlreiche Vorschriften zur Beschränkung der Verwendung von halogenierten Flammschutzmitteln erlassen.

Derzeit verlagert sich die Forschungsrichtung von EPDM-Flammschutzmitteln im In- und Ausland von herkömmlichen Halogen-Flammschutzmitteln hin zu halogenfreien und umweltfreundlichen Flammschutzmitteln. Dieses Papier fasst und analysiert den aktuellen Stand der in- und ausländischen Forschung zu halogenfreien EPDM-Flammschutzmitteln und blickt auch auf die Entwicklungsrichtung der Forschung zu halogenfreien EPDM-Flammschutzmitteln.

Flammschutzmittel aus anorganischen Metallverbindungen

Häufig verwendete Flammschutzmittel aus anorganischen Metallverbindungen sind Calciumaluminium, Calciumcarbonat, Zinkborat, Al(OH)3, Mg(OH)2 usw. Unter ihnen macht das Flammschutzmittel Al(OH)3 mehr als 80 % der Dosierung des Flammschutzmittels aus anorganischen Metallverbindungen aus, das die Vorteile einer guten Stabilität, Nichtflüchtigkeit, Korrosion und eines niedrigen Preises usw. aufweist. Der Flammschutzmechanismus von Al(OH) 3 ist wie folgt: Al(OH) 3 kann als Füllstoff verwendet werden. Der Flammschutzmechanismus von Al(OH)3 ist wie folgt: Al(OH)3 kann als Füllstoff verwendet werden, um die Konzentration brennbarer Polymermaterialien zu reduzieren und sich durch Hitze bei hoher Temperatur zu zersetzen und zu dehydrieren, und der durch Entwässerung gebildete Wasserdampf kann die Konzentration von Sauerstoff und brennbaren Gasen verdünnen und einen Teil der Wärme abführen, um den Temperaturanstieg des Gummis zu hemmen; Gleichzeitig kann die Metalloxidbeschichtung auf der Oberfläche des Gummis nach der Dehydrierung von Al(OH)3 verhindern, dass der Gummi weiter brennt, und somit die Rolle eines Flammschutzmittels spielen.

Diese Art von Flammschutzmittel hat jedoch die Nachteile einer geringen Flammschutzwirkung, einer schlechten Kompatibilität mit Gummi usw. und muss in einer höheren Menge zugesetzt werden, um mäßige Flammschutzeigenschaften zu erhalten, und die Zugabe von zu viel wird definitiv die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitungsleistung des Substrats beeinträchtigen. Zur Verbesserung der flammhemmenden Eigenschaften anorganischer Hydroxide werden üblicherweise folgende Maßnahmen eingesetzt: Oberflächenmodifizierungsbehandlung, Verwendung von Hydroxid mit kleinerer Partikelgröße im Mikro- oder Nanobereich und anderen Flammschutzmitteln, synergistisch gemischt mit der Verwendung von Aluminiumhydroxid mit hohem Füllstoffgehalt, um halogenfreien flammhemmenden EPDM-Kautschuk herzustellen.

Es wurde festgestellt, dass die Zugfestigkeit von EPDM 5,3 MPa betrug, wenn es mit 160 Teilen Aluminiumhydroxid gefüllt war; die Zugfestigkeit von EPDM wurde auf 5,9 MPa erhöht und der Sauerstoffindex von 30 auf 29 gesenkt, nachdem Aluminiumhydroxid mit Vinyltriethoxysilan an der Oberfläche modifiziert wurde; Die Zugfestigkeit von EPDM wurde auf 9,1 MPa erhöht und der Sauerstoffindex von 30 auf 29 gesenkt, nachdem das Aluminiumhydroxid mechanisch zerkleinert wurde, um seine Partikelgröße zu verkleinern, und die Zugfestigkeit wurde auf 7,9 MPa erhöht. 9,1 MPa, Sauerstoffindex stieg von 26,5 auf 29,0; Aluminiumhydroxid und andere Flammschutzmittel wie Magnesiumhydroxid, Antimontrioxid, Zinkborat usw. und festgestellt, dass die einmalige Verwendung von Aluminiumhydroxid mit hohem Füllstoffgehalt EPDM einen hohen Sauerstoffindex aufweist.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von YINSU untersuchte die Wirkung verschiedener Mengen an Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid auf die flammhemmenden Eigenschaften von EPDM, indem es mit einem Kegelkalorimeter die Geschwindigkeit der Wärmefreisetzung während des Verbrennungsprozesses von EPDM bestimmte und die Morphologie der Verbrennungsprodukte analysierte. Die Ergebnisse zeigen, dass: EPDM mit Hydroxid mit hohem Füllstoffgehalt für die Herstellung von raucharmem, halogenfreiem, flammhemmendem Gummi geeignet ist; Die flammhemmenden Synergisten roter Phosphor und Zinkborat können die Bildung von Holzkohle wirksam fördern und die flammhemmenden Eigenschaften des Materials verbessern, erhöhen jedoch die Gesamtrauchemission, wenn das Material brennt. Die Zugabe einer angemessenen Menge Ruß kann dazu beitragen, die flammhemmenden Eigenschaften des Gummis zu verbessern, die Füllung mit Paraffinöl ist jedoch nicht flammhemmend und das Phänomen der Verbrennungsunterstützung tritt stärker hervor.

Flammschutzmittel aus Silikon

Silizium-Flammschutzmittel können entsprechend ihrer Struktur in anorganische Silizium-Flammschutzmittel und Organosilicium-Flammschutzmittel eingeteilt werden. Anorganische Silikon-Flammschutzmittel werden hauptsächlich verwendet, um bei der Verbrennung eine SiO2-Deckschicht auf der Oberfläche des Substrats zu bilden, die die Rolle der Wärmeisolierung und Abschirmung spielt. Ihre Flammschutzwirkung ist jedoch nicht hoch und sie werden im Allgemeinen nicht einzeln verwendet. Organosilicium-Flammschutzmittel ist ein umweltfreundliches, halogenfreies Flammschutzmittel, das in den letzten Jahren hauptsächlich aus Silikonöl, Silikonharz, Silikonkautschuk, Organosilanolamid und Käfigsesquisiloxan usw. entwickelt wurde und die Vorteile hoher Effizienz, geringer Rauchentwicklung, Tropfschutz usw. bietet. Käfighaltiges Sesquisiloxan ist ein neuartiges organisch-anorganisches Hybridmaterial mit einem anorganischen Gerüst aus Si, O und bedeckt mit organischen Substituenten, das eine ausgezeichnete thermische Stabilität, Flammwidrigkeit und dielektrische Eigenschaften aufweist und somit gute Anwendungsaussichten hat.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von YINSU stellte ein Verbundmaterial her, indem es selbst synthetisiertes, käfigförmiges Octaphenylsesquicarbosiloxan (OPS) mit EPDM und Vulkanisationsmittel verwendete, und maß die mechanischen Eigenschaften, den Sauerstoffindex, die UL-94-Flammhemmung und die thermische Stabilität des Verbundmaterials. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von 20 OPS die Zugfestigkeit von EPDM verdoppelte, die anfängliche thermische Zersetzungstemperatur um 19 °C erhöhte, den Sauerstoffindex um 18,5 % erhöhte und die Wärmefreisetzungsrate um 18,3 % verringerte.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von YINSU verwendete Octamethyloligosilsesquioxan (OMPOSS) und ExolitOP950 (Phosphatesterverbindung) als Flammschutzmittel und vermischte sie mit recyceltem PET, um ihre synergistischen Flammschutzwirkungen zu untersuchen. Die Zugabe von OP950 und OMPOSS förderte die Bildung einer Holzkohleschicht während des Verbrennungsprozesses und verhinderte wirksam das Tropfen der Schmelze. Bei einem Massenverhältnis von OP950 zu OMPOSS von 9:1 erhöhte sich die Zugfestigkeit von EPDM um 18,5 % und die Wärmefreisetzungsrate wurde um 18,5 % verringert. Wenn das Massenverhältnis von OP950 und OMPOSS 9:1 beträgt, ist der Sauerstoffindex des Verbundsystems hoch, die Wärmefreisetzungsrate wird auf einen niedrigen Wert reduziert und die expandierte Kohleschicht ist nach der Verbrennung gleichmäßig und dicht, sodass der synergistische Effekt offensichtlicher ist.

Intumeszierendes Flammschutzmittel

Intumeszierendes Flammschutzmittel ist ein wichtiges Material für die Herstellung von halogenfreiem, umweltfreundlichem, flammhemmendem Gummi. Intumeszierendes Flammschutzmittel ist ein zusammengesetztes Flammschutzmittel mit Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor als Kernkomponenten, das normalerweise aus drei Teilen besteht: Kohlenstoffquelle (Karbonisator), Säurequelle (Trockenmittel) und Gasquelle (Intumeszenzmittel). Intumeszierende Flammschutzmittel umfassen hauptsächlich Ammoniumpolyphosphat, Melamin, Tetracosanol und so weiter. Gummi mit intumeszierendem Flammschutzmittel bildet beim Verbrennen eine gleichmäßige Kohlenstoffschaumschicht auf der Oberfläche, und diese Kohlenstoffschicht kann die Rolle der Wärmeisolierung, Sauerstoffbarriere und Rauchunterdrückung spielen und eine Verbrennung besser verhindern. Intumeszierende Flammschutzmittel haben die Vorteile einer besseren Flammschutzwirkung, geringer Rauchentwicklung, geringer Toxizität, keine korrosiven Gase, niedrige Kosten usw. und werden daher häufig in der Flammschutzausrüstung von Polymeren eingesetzt.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von YINSU bereitete flammhemmende EPDM-Materialien unter Verwendung eines zusammengesetzten intumeszierenden Flammschutzmittels NP430 vor. Die Ergebnisse zeigen, dass das intumeszierende Flammschutzmittel NP430 eine gute flammhemmende Wirkung auf EPDM hat und die synergistische flammhemmende Wirkung gut ist, wenn das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) als Säurequelle und das Harz mit hohem Styrolgehalt (HS) als Kohlenstoffquelle parallel verwendet werden; Wenn das Verhältnis von EPDM/EVA/HS 80 ∶ 8,6 ∶ 11,4 beträgt und die Dosierung des Flammschutzmittels NP430 90 beträgt, kann der endgültige Sauerstoffindex 47,6 % erreichen und das Flammschutzmittel NP430 kann auf EPDM aufgetragen werden, das ein gutes Flammschutzmittel ist. Das Einfüllen anorganischer Füllstoffe wie Ruß, Kieselsäure, Calciumcarbonat, Blähgraphit usw. führt jedoch zum Austritt von Verbrennungsgasen, was den Expansionsprozess erheblich beeinträchtigt und zum Versagen intumeszierender Flammschutzmittel führt.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von YINSU bereitete flammhemmende EPDM-Materialien vor, indem es eine neue Art von intumeszierendem Flammschutzmittel, PDP, synthetisierte, das drei intumeszierende aktive Komponenten in einem organischen Molekül kombiniert. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Zugabe von PDP in einer Menge von 60 Teilen der Grenzsauerstoffindex von EPDM 30 erreicht und das UL-94-Testergebnis FV-0-Klasse ist. Die Ergebnisse mechanischer Tests zeigten, dass eine Erhöhung des PDP-Gehalts die flammhemmenden Eigenschaften von EPDM verbessern kann, seine mechanischen Eigenschaften jedoch beeinträchtigt.

Phosphorhaltige Flammschutzmittel

Phosphor-Flammschutzmittel können in zwei Kategorien unterteilt werden: anorganische Phosphor-Flammschutzmittel und organische Phosphor-Flammschutzmittel.

Anorganische Phosphor-Flammschutzmittel umfassen hauptsächlich roten Phosphor, Ammoniumphosphat und Ammoniumpolyphosphat usw. Sie haben die Vorteile einer guten Stabilität, sind nicht flüchtig, nicht halogeniert usw. Sie haben jedoch auch die Nachteile einer geringen Flammschutzwirkung und Feuchtigkeitsaufnahme, und der rote Phosphor weist auch das Problem der Färbung auf, was sich auf die Farbe der Produkte auswirkt.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam von YINSU hat EPDM-Gummi unter Verwendung von rotem Phosphor als Flammschutzmittel hergestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Sauerstoffindex von EPDM-Kautschuk gesättigt war, wenn die Zugabemenge an rotem Phosphor 9 Teile betrug; Roter Phosphor und Mg(OH)2 wirkten in EPDM-Gummi insgesamt hemmend, und SiO2 hatte eine hemmende Wirkung auf die flammhemmende Wirkung von rotem Phosphor in EPDM-Gummi. Flammschutzmittel mit organischem Phosphor umfassen Phosphatester, Phosphit, Phosphonat, organische Phosphorsalze, Phosphoroxid, Alkylphosphorsäure, heterozyklische Phosphorverbindungen und polymere Phosphorsäureester (Phosphonsäureester).

Organische Phosphor-Flammschutzmittel spielen hauptsächlich durch den Flammschutzmechanismus der kondensierten Phase die Rolle des Flammschutzmittels. Bei der Verbrennung zersetzen sich Organophosphor-Flammschutzmittel bei hohen Temperaturen unter Bildung von Phosphorsäure und nicht brennbaren Gasen, Phosphorsäure zerfällt bei hohen Temperaturen in Metaphosphorsäure und Metaphosphorsäure kann zu Poly(metaphosphorsäure) polymerisiert werden. Unter ihnen ist Metaphosphorsäure ein viskoses Material, das eine Schicht aus Phosphorsäure - Metaphosphorsäure - Polymetaphosphorsäurefilm bilden kann, deren Siedepunkt bis zu 300 °C beträgt. Dieser Film bedeckt die Oberfläche des Gummis, wodurch die Luft isoliert und das Entweichen freier Radikale verhindert wird. Poly(metaphosphorsäure) ist eine starke Säure, die dazu führen kann, dass das Polymer dehydriert und karbonisiert und auf der Oberfläche des Gummis eine Holzkohleschicht bildet, die die Luft weiter isolieren und die flammhemmende Wirkung verbessern kann. Im Vergleich zu Halogen-Flammschutzmitteln verleihen Phosphor-Flammschutzmittel im Material gleichzeitig gute Flammschutzeigenschaften, weisen aber auch eine geringe Rauchmenge auf, bilden nicht leicht giftige und korrosive Gase und haben andere Vorteile und beeinträchtigen die mechanischen Eigenschaften des Substrats und die Verarbeitungsleistung nicht. Organische Phosphor-Flammschutzmittel gelten als eine der Varianten, die Halogen-Flammschutzmittel ersetzen können.

Gegenwärtig gibt es mehr Berichte über Phosphor-Flammschutzmittel, die auf Polymer-Flammschutzmittel angewendet werden, aber Berichte über die Anwendung auf flammhemmende Gummimaterialien sind seltener zu sehen. Es wird hauptsächlich als synergistisches Flammschutzmittel verwendet, das üblicherweise als synergistisches Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmittel verwendet wird.

Synergistisches Phosphor-Stickstoff-Flammschutzsystem

Das synergistische Phosphor-Stickstoff-Flammschutzsystem bietet die Vorteile von Phosphor-Flammschutzmitteln und Stickstoff-Flammschutzmitteln. Durch die Zugabe von Stickstoff zum Phosphor-Flammschutzmittel kann die thermische Stabilität verbessert und die Rauchmenge verringert werden. Gleichzeitig kann die Menge des Flammschutzmittels verringert werden. Aufgrund der synergistischen und synergistischen Wirkung zwischen Phosphor- und Stickstoff-Flammschutzelementen hat sich das synergistische Phosphor-Stickstoff-Flammschutzsystem in den letzten Jahren zu einem Brennpunkt in der Forschung an halogenfreien Flammschutzmaterialien entwickelt und gilt als eine der Richtungen für die Entwicklung halogenfreier Flammschutzmittel in der Zukunft.

Wir haben halogenfreie flammhemmende EPDM-Gummimaterialien hergestellt, indem wir Melamincyanurat und Diethylaluminiumhypophosphit als zusammengesetzte Flammschutzmittel und Aluminiumhypophosphit als Synergisten verwendet haben. Es zeigte sich, dass bei einer Dosierung von Melamincyanurat von 76 Teilen, einer Dosierung von Diethylaluminiumhypophosphit von 14 Teilen und einer Dosierung von Aluminiumhypophosphit von 10 Teilen der vertikale Verbrennungsgrad von EPDM bis zu FV-0 betrug, der Sauerstoffindex 30 betrug und das EPDM gute Verarbeitungs- und mechanische Eigenschaften aufwies.

Wir führten den holzkohlebildenden Katalysator Heteropolysäure (HPA) und den flammhemmenden Modifikator CR ein, und die Ergebnisse zeigten, dass das glasfaserverstärkte Nylon 6 durch die Zugabe von 2 % HPA und 2 % CR zum Flammschutzsystem den Flammschutzgrad UL-941,6 mm V-0 und gute mechanische Eigenschaften erreichen konnte.

Forschungsausblick

EPDM ist eine Art wichtiger Synthesekautschuk, dessen Verwendung nach SBR und cis-Butadienkautschuk nur an zweiter Stelle steht und sich zum drittgrößten Synthesekautschuk der Welt entwickelt. Mit der Entwicklung der Wirtschaft und der Stärkung des Bewusstseins der Menschen für den Umweltschutz werden inzwischen neue Arten von halogenfreien, umweltfreundlichen und effizienten Flammschutzmitteln nach und nach die herkömmlichen Halogen-Flammschutzmittel ersetzen.