پلی پروپیلن (PP)به عنوان یکی از پنج پلاستیک همه منظوره، به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود. با این حال، خاصیت قابل اشتعال PP کاربرد آن را محدود می کند و مانع از توسعه بیشتر مواد می شود، بنابراین مردم در مورد اصلاح بازدارنده PP نگران هستند.
مواد پلیمری ترکیبات پلیمری حاوی عناصری مانند کربن، هیدروژن و اکسیژن هستند که بیشتر آنها قابل احتراق هستند. احتراق مواد پلیمری مجموعه ای از تغییرات فیزیکی و واکنش های شیمیایی فرآیند یکپارچه است که پدیده های خاصی مانند ذوب و نرم شدن، تغییرات حجمی را نشان می دهد. فرآیند احتراق شامل سه مرحله است:
ابتدا، واکنش تجزیه حرارتی، مولکول‌های کوچکی از گاز تولید می‌کند، سپس مخلوط گاز به شرایط احتراق می‌رسد تا یک واکنش شیمیایی شدید ایجاد کند، و در نهایت، احتراق سریع مخلوط گاز قابل احتراق، مقدار زیادی گرما تولید می‌کند و چرخه واکنش ادامه می‌یابد.
از آنجایی که PP دارای شاخص اکسیژن تنها 17.4 است، قابل اشتعال است و در هنگام احتراق مقدار زیادی گرما تولید می کند که به راحتی می تواند باعث آتش سوزی شود و جان و مال را تهدید کند. در زمینه لوازم الکترونیکی و الکتریکی، اشتعال پذیری PP کاربرد گسترده تر آن را محدود می کند، بنابراین لازم است عملیات ضد شعله برای مواد PP انجام شود.
مکانیزم بازدارنده شعله
مکانیسم بازدارنده شعله عمدتاً شامل مکانیسم خاتمه واکنش زنجیره ای، مکانیسم جداسازی سطح و مکانیسم تبادل حرارت قطع شده است. مکانیسم خاتمه واکنش زنجیره ای با مصرف HO- تولید شده در طی فرآیند احتراق، واکنش احتراق را خاتمه می دهد، مکانیسم جداسازی سطح ترکیبات جامد را برای مسدود کردن تماس هوا تولید می کند، و مکانیسم تبادل حرارتی قطع شده، گرمای احتراق را جذب می کند تا به خود خاموشی برسد.
کربن فعال موجود در بازدارنده شعله هیدروکسید فلزی می تواند به طور موثر با هیدروکسید منیزیم ترکیب شود تا احتمال تجمع را کاهش دهد، سازگاری با ماتریس PP را بهبود بخشد و مقاومت در برابر شعله مواد را افزایش دهد. نسبت و درجه فعال‌سازی بازدارنده شعله با آزمایش تغییر مقدار جذب روغن تنظیم شد و در نهایت مشخص شد که شاخص اکسیژن محدود کننده با اضافه شدن 28.9 درصد وزنی کربن فعال بازدارنده منیزیم هیدروکسید منیزیم به PP به حداکثر مقدار 25 درصد رسید.
بازدارنده‌های شعله هیدروکسید فلزی، افزودنی‌هایی هستند که برای بهبود مقاومت در برابر شعله مواد پلی پروپیلن (PP) استفاده می‌شوند. به منظور افزایش بیشتر استحکام مکانیکی این ماده، محققان همچنین نانوذرات الاستومر پلی الفین (POE) و کربنات کلسیم (CaCO3) را وارد آن کردند. نتایج نشان داد که کامپوزیت های PP اصلاح شده نه تنها دارای خواص بازدارنده شعله عالی هستند، بلکه استحکام مکانیکی بالایی نیز از خود نشان می دهند.
بازدارنده های شعله بور
بازدارنده های شعله بور نقش مهمی در کامپوزیت های PP/BN@MGO دارند. با توجه به ساختار محصور شده و اصلاح آلکیلاسیون بازدارنده شعله BN@MGO، عنصر کربن را می توان بر روی سطح پرکننده غنی کرد، که میل ترکیبی را با بدنه PP افزایش می دهد و آن را قادر می سازد به طور یکنواخت در ماتریس PP توزیع شود.
در همین حال، BN@MGO اصلاح‌شده دارای اثر مسیر زیگزاگی و پایداری حرارتی بالایی است که منجر به تولید ماده‌ای با ضریب انبساط حرارتی پایین و تاخیر در شعله بالا می‌شود. این ویژگی‌ها به کامپوزیت‌های PP/BN@MGO اجازه می‌دهد تا طیف وسیعی از کاربردها را در زمینه‌های دستگاه‌های الکترونیکی اتلاف گرمای کارآمد، لوازم خانگی و مدیریت حرارتی داشته باشند.
علاوه بر این، هنگامی که بور APP/MCA-K-ZB بازدارنده شعله در 25 درصد وزنی (نسبت جرمی APP/MCA-K-ZB 3/1) اضافه شد، کامپوزیت PP می‌توانست به رتبه V-0 در آزمایش UL-94 دست یابد، در حالی که شاخص اکسیژن محدود کننده تا 32.7 درصد بود. نتایج آزمون آنالیز ترموگراویمتری (TGA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می‌دهد که افزودن APP/MCA-K-ZB می‌تواند یک لایه کربن گرافیتی متراکم را تشکیل دهد که به طور موثری از ماتریس PP زیرین در برابر احتراق بیشتر محافظت می‌کند و پایداری حرارتی و قابلیت تشکیل کربن را بهبود می‌بخشد.
ضد شعله سیلیکونی
HNTs-Si در بازدارنده‌های شعله سیلیکونی می‌تواند ساختار لوله‌ای اصلی را حفظ کند و با زنجیره PP تخریب‌شده حرارتی بپیچد تا یک لایه کربن متراکم تشکیل دهد که به طور موثری از انتقال گرما، جرم و دود در طول احتراق PP جلوگیری می‌کند. پلی سیلوکسان می تواند قطبیت سطح HNT-Si را کاهش دهد، سازگاری با بستر PP را افزایش می دهد و اثر پل زدن ترک به نوبه خود شکل پذیری کامپوزیت های PP را بهبود می بخشد.
علاوه بر این، در میان بازدارنده‌های شعله مبتنی بر سیلیس، نانو Sb2O3 و OMMT می‌توانند یک لایه کربن متراکم را پس از اصلاح تشکیل دهند که به طور موثری پایداری حرارتی و تاخیر در شعله کامپوزیت‌های مبتنی بر PP را بهبود می‌بخشد. هسته زایی ناهمگن OMMT و نانو-Sb2O3 در ماتریس PP می تواند بلورینگی و استحکام کششی مواد را بهبود بخشد.
بازدارنده های شعله فسفر
سوربیتول و پلی فسفات آمونیوم در بازدارنده‌های شعله فسفر می‌توانند یک لایه کربنی تشکیل دهند تا انتشار گرما را به تاخیر بیندازند و مقاومت در برابر شعله مواد را بهبود بخشند. اثر ترکیبی SPDEB و پلی فسفات آمونیوم می تواند به طور موثری بازدارندگی شعله مواد PP را بهبود بخشد و انتشار گازهای قابل اشتعال را کاهش دهد.
بازدارنده های شعله بر پایه نیتروژن
MPP و AP در بازدارنده های شعله مبتنی بر نیتروژن می توانند گازهای غیر قابل احتراق و مواد حاوی فسفر را آزاد کنند، گازهای قابل احتراق موجود در هوا را رقیق کرده و به عنوان محافظ گاز عمل کنند و در نتیجه احتراق را کاهش دهند. روش‌های خودآرایی سوپرمولکولی می‌توانند از پیوندهای غیرکووالانسی برای سنتز ترکیبات با ساختارهای خاص، بهبود پراکندگی بازدارنده‌های شعله در مواد و افزایش تاخیر در شعله استفاده کنند.
مقاوم در برابر شعله
NiCo2O4 یک ضد شعله اشتعال زا با مزایای مورفولوژی قابل کنترل، سطح ویژه بزرگ، مکان های فعال متعدد و روش های آماده سازی آسان و متنوع است. به عنوان یک ترکیب مبتنی بر نیکل، توانایی کاتالیزوری کربن عالی را نشان می دهد که هم محصولات احتراق را کاهش می دهد و هم مقاومت در برابر شعله مواد را بهبود می بخشد.
این برتری عمدتاً از نقش یون‌های Ni+ در آن نشات می‌گیرد که می‌تواند تجزیه حرارتی پلی اتیلن آکریلات (PER) را تسریع بخشد، زغال‌زدگی پلی‌فسفات آمونیوم را افزایش دهد و تشکیل لایه زغال‌افزار منبسط شده در پلی‌پروپیلن (PP)/سیستم بازدارنده شعله را تقویت کند. در همین حال، اکسیدهای دو فلزی در دماهای بالا پایدار هستند و دارای توانایی کاتالیزوری قوی هستند، که کمک می کند تا کامپوزیت بازدارنده PP / منبسط شده یک لایه زغال سنگ متراکم و یکنواخت را تشکیل دهد و پایداری حرارتی لایه زغال سنگ و باقیمانده زغال را بهبود بخشد.
علاوه بر این، ساختار گل مانند NiCo2O4 دارای تعداد زیادی چین بر روی سطح و سطح تماس بزرگ و خشن با پلیمر است که باعث افزایش پیوند می شود. این ساختار گل مانند دارای پایداری قوی است که به جلوگیری از آسیب در هنگام پردازش کمک می کند و یکپارچگی ساختار را حفظ می کند. در طی فرآیند احتراق، مواد تشکیل دهنده زغال چوب را می توان بین ساختار گل مانند ثابت کرد، که پایداری لایه زغال چوب را بهبود می بخشد و به طور موثر نقش مانع را برای دستیابی به بازدارندگی و محافظت از بستر انجام می دهد.
علاوه بر NiCo2O4، تعدادی از اجزای کلیدی دیگر نیز وجود دارند که نقش مهمی در اثر بازدارنده شعله دارند. OS-MCAPP با ژل SiO2 هم به عنوان منبع گاز و هم به عنوان منبع اسید عمل می کند و به PP کمک می کند تا یک لایه زغال محافظ تشکیل دهد که از ماتریس PP در برابر تجزیه بیشتر محافظت می کند. PEIC، به عنوان یک منبع زغال سنگ عالی، نقش کلیدی در تشکیل زغال منبسط شده با کیفیت بالا ایفا می کند و به دست آوردن کامپوزیت های مقاوم در برابر شعله را تسهیل می کند.
PPA-C در طول احتراق با PER واکنش می دهد و پیوندهای POC و پیوندهای PC را تشکیل می دهد که به شکل گیری یک لایه کاراکتر تقریباً بدون نقص کمک می کند. علاوه بر این، PPA-C می تواند باعث شود PP زودتر از نظر حرارتی تجزیه شود و در دماهای بالاتر باقیمانده زغال سنگ بیشتری تولید کند. هم افزایی خوبی بین PPA-C و PER وجود دارد و تاخیر در شعله سیستم PPA-C/PER نسبت به سیستم APP/PER معمولی برتری دارد. هنگامی که محتوای PPA-C/PER (3:1) به 18 وزنی رسید، مواد کامپوزیتی مقاوم در برابر شعله PP/افزایش دهنده با آزمایش UL-0 به رتبه V-94 می رسد و شاخص نهایی اکسیژن می تواند به 28.8٪ برسد.
مواد PP مقاوم در برابر شعله برای کاربردهای بسته بندی
پلاستیک PP دارای چگالی کم، شفافیت خوب، غیر سمی و بی بو، پردازش و قالب گیری آسان، قیمت پایین و سایر خصوصیات است که باعث می شود پتانسیل زیادی برای کاربرد در زمینه بسته بندی داشته باشد. با این حال، عیوب پلاستیک PP مانند اشتعال پذیری و مقاومت ضعیف در دمای بالا، توسعه آن را در زمینه بسته بندی محدود کرده است. بنابراین، در سال‌های اخیر، بسیاری از محققان خود را وقف مطالعه مواد بسته‌بندی PP با خاصیت بازدارندگی بالا کرده‌اند.
محفظه باتری ماشین
باتری ها یکی از اجزای کلیدی وسایل نقلیه با انرژی جدید هستند، بنابراین پوشش باتری که از باتری ایمن محافظت می کند بسیار مهم است. بسته‌بندی سنتی باتری عمدتاً از مواد فلزی و مواد ترکیبی قالب‌گیری ورق (SMC) استفاده می‌کند، اما پیچیدگی و چگالی فرآیند قالب‌گیری این مواد بر وزن سبک وسایل نقلیه انرژی جدید تأثیر می‌گذارد. بنابراین، توجه به مواد PP با چگالی کم و مقاومت در برابر ضربه خوب است.
یک ماده PP با خواص ضد شعله تهیه شده از یک ماتریس رزین PP، یک سیستم پیچیده آمونیوم پلی فسفات/تریازین به عنوان بازدارنده شعله، یک کوپلیمر اتیلن-اکتن، یک الاستومر مبتنی بر پروپیلن و یک چسب EPDM به عنوان یک عامل سخت‌کننده در خودروهای باطری انرژی جدید استفاده شد. این ماده PP چگالی پایینی دارد و دارای خواص بازدارنده شعله و استحکام ضربه و همچنین خاصیت آب بندی و ضدآب خوبی است.
بسته بندی اجزا
کامپوزیت های PP/MHSH/Al2O3/NP با روش اختلاط مذاب با اصلاح ویسکر قلیایی سولفات منیزیم (MHSH) و آلومینا (Al2O3) با عامل پیوند متقابل KH-550 و افزودن کمپلکس نیتروژن-فسفر به بازدارنده شعله کمپلکس، فیلم و PP ساخته شد.
بازدارنده شعله کمپلکس نیتروژن-فسفر نه تنها تشکیل یک لایه کربن منبسط شده در ماتریس PP را در دمای بالا ترویج می کند، بلکه با MHSH واکنش می دهد تا نمک فسفات منیزیم تولید کند که استحکام لایه کربن منبسط شده را بهبود می بخشد. افزودن Al2O3 رسانایی حرارتی را بهبود می بخشد که به طور داخلی گرما را به سطح انتقال می دهد، به طوری که سطح حرارت را منتقل می کند. اتلاف و مقاومت در برابر حرارت را بهبود می بخشد. علاوه بر این، MHSH و Al2O3 به عنوان پرکننده های سفت و سخت برای بهبود خواص مکانیکی فیلم کامپوزیت PP/MHSH/Al2O3/NP عمل کردند. بنابراین، فیلم کامپوزیت PP/MHSH/Al2O3/NP دارای خواص بازدارنده شعله عالی و استحکام مکانیکی بالایی است.
ظرف غذا
کامپوزیت‌های PP با خواص بازدارنده شعله بالا با مخلوط کردن مذاب IFR متشکل از پلی فسفات آمونیوم، عامل تشکیل‌دهنده کربن تریازین و عامل کمکی با جعبه‌های ناهار پلی پروپیلن بازیافتی تمیز شده تهیه شدند که پتانسیل بازیافت جعبه‌های غذاخوری PP را نشان می‌دهد.
مشکلات مربوط به تاخیر در شعله PP
اگرچه افراد بیشتری شروع به مطالعه کامپوزیت های PP مقاوم در برابر شعله می کنند، در حال حاضر مشکلاتی وجود دارد:
1. افزودنی بازدارنده شعله، سازگاری ضعیف با ماتریس، بر خواص مکانیکی مواد تأثیر می گذارد.
2. بازدارنده های شعله کارآمد عمدتا حاوی هالوژن هستند و الزامات محیطی را برآورده نمی کنند.
3. بازدارنده های شعله گران هستند و هزینه های تولید را افزایش می دهند.
سلب مسئولیت: اطلاعات ذکر شده در بالا توسط صنعت پلاستیک شانگهای Qishen مستقل از Cooig.com. Cooig.com هیچ گونه نمایندگی و ضمانتی در مورد کیفیت و قابلیت اطمینان فروشنده و محصولات نمی دهد.
