تحليل نظام مثبطات اللهب PP وآفاق تطبيقه

تحليل نظام مثبطات اللهب PP وآفاق تطبيقه

مادة البولي بروبيلين (PP)، باعتبارها واحدة من المواد البلاستيكية الخمسة ذات الأغراض العامة، لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في جميع مناحي الحياة، ومع ذلك، فإن الخصائص القابلة للاشتعال لـ PP تحد أيضًا من مساحة تطبيقها، مما يعيق مواصلة تطوير مواد PP، لذلك لقد كان تعديل مثبطات اللهب للـ PP هو محور الاهتمام.

بعد ذلك، سنلقي نظرة على عملية الاحتراق وآلية مثبطات اللهب لمواد البوليمر الممثلة بـ PP، ومخزون مثبطات اللهب PP، والتوقعات لتطبيق مثبطات اللهب PP في مجال التعبئة والتغليف والمشاكل الحالية.

أنا. عملية الاحتراق وآلية المواد البوليمرية

1. عملية الاحتراق

المواد البوليمرية هي مركبات بوليمرية تحتوي على الكربون والهيدروجين والأكسجين وعناصر أخرى في السلسلة الجزيئية، ومعظم البوليمرات قابلة للاحتراق.

إن احتراق المواد البوليمرية هو عبارة عن تخليق لسلسلة من التغيرات الفيزيائية والتفاعلات الكيميائية، لذلك في عملية احتراق المواد البوليمرية ستظهر ظواهر خاصة مثل الانصهار والتليين وتغيرات الحجم وما إلى ذلك.

تظهر عملية احتراق المواد البوليمرية في الشكل 1، والتي يمكن تقسيمها بشكل أساسي إلى الخطوات الثلاث التالية:

(1) مع الزيادة التدريجية في درجة الحرارة، سيتم كسر الروابط الأضعف في السلسلة الجزيئية، وتبدأ المادة في الخضوع للتحلل الحراري. مع استمرار تنفيذ وتكثيف التحلل الحراري لمواد البوليمر، ينتج سطح المادة تدريجياً جزيئات صغيرة من الغاز، معظم هذه الغازات قابلة للاشتعال، هذه الجزيئات الصغيرة من الغازات القابلة للاشتعال تختلط مع الأكسجين الموجود في الهواء، وبالتالي تشكل مادة قابلة للاشتعال. خليط الغاز.

(2) مع تفاعل التحلل يزداد تدريجياً التركيز القابل للاحتراق لخليط الغاز على سطح مادة البوليمر، وعندما يصل تركيز خليط الغاز القابل للاحتراق ودرجة الحرارة المحيطة الخارجية إلى الظروف الحرجة المطلوبة للاحتراق، تحدث مادة كيميائية عنيفة ويحدث التفاعل، ويشتعل سطح المادة بسرعة.

(3) يؤدي الاحتراق السريع لخليط الغاز القابل للاحتراق إلى إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، والتي لا تنتشر إلى قاع المادة فحسب، بل تؤدي أيضًا إلى رفع درجة حرارة البيئة المحيطة بالمادة، وبالتالي تسريع تحلل المادة مما ينتج عنه المزيد من الغازات القابلة للاحتراق، وفي النهاية يجعل تفاعل الاحتراق يستمر. لذلك، يمكن النظر إلى احتراق المواد البوليمرية على أنه عملية ترقية تدريجية وتفاعل دوري.

باعتباره هيدروكربونًا، يبلغ مؤشر الأكسجين الخاص بـ PP 17.4 فقط، وهو سهل الاحتراق، ومثبط للهب ضعيف، وحرارة أكبر عند الاحتراق، مصحوبًا بالتنقيط الذي يسببه الحريق بسهولة، مما يشكل تهديدًا للحياة والممتلكات.

في مجال الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، فإن خاصية PP القابلة للاشتعال تحد من تطبيقه على نطاق أوسع، لذلك من الضروري إجراء بحث وتطوير لمواد PP المقاومة للهب.

2. آلية مثبطات اللهب

يمكن تقسيم آلية مثبطات اللهب تقريبًا إلى فئتين: آلية إنهاء التفاعل المتسلسل، وآلية عزل السطح، وآلية انقطاع التبادل الحراري.

(1) آلية إنهاء التفاعل المتسلسل: عندما يحترق PP، فإنه يتحلل أولاً إلى هيدروكربون، ثم مزيد من الانقسام التأكسدي الحراري إلى H2O الحر- عند درجة حرارة عالية، والتفاعل المتسلسل لـ H2O- هو السبب وراء إمكانية استمرار الاحتراق، و إنهاء التفاعل المتسلسل هو استهلاك H2O- الناتج في عملية الاحتراق.

(2) آلية عزل السطح، PP في الاحتراق، مثبطات اللهب لا تمتص الحرارة فحسب، ولكن أيضًا في سطح PP لتوليد مركبات صلبة، تلعب المركبات دورًا في منع المصفوفة والاتصال بالهواء، وبالتالي منع الاحتراق.

(3) انقطاع آلية التبادل الحراري. تشير هذه الآلية إلى أن مثبطات اللهب في عملية الاحتراق يمكن أن تمتص كمية كبيرة من حرارة الاحتراق، بحيث يفتقر تفاعل الاحتراق إلى حرارة كافية، ومن ثم ظاهرة الإطفاء الذاتي، لتحقيق تأثير مثبطات اللهب.

ثانيا. تعديل مثبطات اللهب PP

1. هيدروكسيد المعادن مثبطات اللهب

يحتوي الكربون المنشط الموجود في مثبطات لهب هيدروكسيد المعدن على مساحة سطح محددة كبيرة وغني بالمجموعات الوظيفية، والتي يمكن دمجها بشكل جيد مع مجموعة الهيدروكسيل الموجودة على جزيئات هيدروكسيد المغنيسيوم الصوديوم، مما يضعف بشكل فعال قطبية السطح لهيدروكسيد المغنيسيوم، وبالتالي تقليل احتمالية التكتل، وتحسين توافق هيدروكسيد المغنيسيوم الصوديوم ومصفوفة PP، وتعزيز خصائص مثبطات اللهب للمادة.

بالإضافة إلى ذلك، من خلال اختبار التغير في قيمة امتصاص الزيت، يمكن تعديل النسبة المثلى ودرجة التنشيط المثالية لمثبطات اللهب بشكل أكبر، وأخيرًا وجد أن مؤشر الأكسجين المحدد وصل إلى القيمة القصوى البالغة 28.9% عند تنشيط 25% بالوزن. تمت إضافة مثبطات لهب هيدروكسيد المغنيسيوم المعدل بالفحم إلى مصفوفة PP.

تمت إضافة مثبطات لهب هيدروكسيد المعدن، والتي تم استخدامها لتحسين مثبطات اللهب لمواد PP، مع مطاط البولي أوليفين (POE) وكربونات الكالسيوم النانوية CaCO3 لتحسين القوة الميكانيكية للمواد. أظهرت النتائج أن مركبات PP المعدلة يمكن أن تتمتع بخصائص مثبطة للهب قوية وقوة ميكانيكية عالية.

2. البورون Fعاجِز Retardant

في مركبات PP/BN@MGO، نظرًا للهيكل المغلف وتعديل الألكلة لمثبطات اللهب، تكون كفاءة تفرع رابط الألكيل عالية، ويمكن إثراء الكربون على سطح الحشو، مما يعزز بشكل كبير التقارب بين مثبطات اللهب BN@MGO وجسم PP، بحيث يمكن توزيعها بشكل موحد في مصفوفة PP.

وفي الوقت نفسه، فإن المعالجة المعدلة BN@MGO لها تأثير مسار متعرج وثبات حراري عالي، مما يجعل المادة لديها معامل تمدد حراري أقل وأداء مثبطات اللهب أعلى، وهذه الخصائص يمكن أن تجعل المادة المركبة من PP/BN@MGO لها تطبيق واسع مساحة في مجال الأجهزة الإلكترونية عالية الكفاءة لتبديد الحرارة والأجهزة المنزلية والإدارة الحرارية.

مع 25٪ بالوزن من حشو APP/MCA-K-ZB (نسبة الكتلة APP/MCA-K-ZB تبلغ 3/1)، يمكن لمركبات PP تحقيق تصنيف V-0 في اختبار UL-94، في حين أن مؤشر الأكسجين النهائي هو كما يلي: مرتفعة إلى 32.7%.

وفي الوقت نفسه، تُظهر اختبارات تحليل قياس الوزن الحراري (TGA) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن إضافة APP/MCA-K-ZB يمكن أن تشكل طبقة كربون كثيفة من الجرافيت، ويمكن لطبقة الكربون الكثيفة هذه أن تحمي بشكل فعال مصفوفة PP الموجودة أسفلها من المزيد من الاحتراق ، وبالتالي تحسين الاستقرار الحراري وقدرة تكوين الكربون لمركبات PP.

3. الفوسفور Fعاجِز Retardant

مثبطات اللهب الفوسفورية في السوربيتول مع عدد كبير من مجموعات الهيدروكسيل، من السهل تشكيل طبقة الفحم في الاحتراق، وتحلل بولي فوسفات الأمونيوم لحظة الحرارة لإنتاج مركبات الفوسفات، مما يزيد من تعزيز تأثير الفحم للسوربيتول، وإنتاج طبقة الفحم يبطئ انتشار الحرارة ويعزل الأكسجين ويحسن خصائص مثبطات اللهب للمادة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للسوربيتول كقشرة أن يلعب دورًا تشتتًا جيدًا، مما يعيق تجميع جزيئات MCAPP، ويمكن للتوزيع الأفضل أن يحسن في نفس الوقت خصائص مثبطات اللهب والقوة الميكانيكية للمادة.

يتم دمج SPDEB مع بولي فوسفات الأمونيوم كمثبط للهب لتحسين مثبطات اللهب لمواد PP. في النظام، سوف يقوم SPDEB بتحليل الجذور الأمينية وجذور الألكيل عند تعرضه للحرارة، ويمكن لكل منهما التقاط الجذور النشطة للغاية الناتجة عن التحلل الحراري للبوليمرات، مما يمنع تحلل سلاسل PP ويقلل إنتاج المواد القابلة للاحتراق، وبالتالي تلعب دور تأخير وإنهاء الاحتراق.

عند استخدام SPDEB مع بولي فوسفات الأمونيوم، يمكن أن يعزز بولي فوسفات الأمونيوم تجفيف SPEDB إلى فحم وتصلب طبقة الفحم الخاصة به، مما يمكن أن يقلل من تسرب جزيئات الفحم أثناء الاحتراق ويقلل من انبعاث الغازات القابلة للاحتراق.

4. على أساس النيتروجين Fعاجِز Retardant

ستنتج MPP غازات غير قابلة للاحتراق (بما في ذلك NH3 وNO وH2O) وبعض المواد المحتوية على الفوسفور أثناء الاحتراق، بينما يمكن لـ AP إطلاق غازات فوسفات الألومنيوم Al2(HPO4)3 وغازات الفوسفين (PH3) في درجات حرارة عالية، مما لا يخفف فقط من غازات الفوسفات. الغازات القابلة للاحتراق في الهواء، ولكنها تعمل أيضًا كدرع غازي على سطح المادة، وبالتالي تقلل من الاحتراق.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ MPP أن يعمل على تطاير جذور الفوسفور والأكسجين التفاعلية في الغاز، مما يؤدي إلى محاصرة الجذور شديدة التفاعل وبالتالي إنهاء فواصل السلسلة الرئيسية لـ PP.

التجميع الذاتي فوق الجزيئي هو طريقة لتجميع مركبات ذات وظائف محددة وهياكل محددة جيدًا باستخدام روابط غير تساهمية مثل الروابط الهيدروجينية والتفاعلات الأيونية. في نظام APP@MEL-TA، يتصل MEL-TA مع بولي فوسفات الأمونيوم من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية لتغطية سطح بولي فوسفات الأمونيوم، مما يحسن تشتت بولي فوسفات الأمونيوم في مواد PP.

وفي الوقت نفسه، يحتوي MEL-TA على نسبة عالية من النيتروجين ويتحلل بالحرارة ليطلق كمية كبيرة من الغازات غير القابلة للاحتراق، والتي تغطي سطح المادة لتقليل تركيز الأكسجين على سطح المادة وزيادة تحسين قدرة مثبطات اللهب.

5. مثبطات اللهب المنتفخة

نيكو₂O₄ يتمتع بمزايا الشكل الذي يمكن التحكم فيه، ومساحة السطح المحددة الكبيرة، والمواقع النشطة المتعددة، وطرق التحضير السهلة والمتنوعة، والذي، كمركب قائم على النيكل، يمتلك قدرة ممتازة على تحفيز الكربون، سواء من حيث تقليل منتجات الاحتراق وتحسين تثبيط اللهب .

ويعزى ذلك بشكل أساسي إلى وجود Ni+، الذي يسرع التحلل الحراري لـ PER ويعزز تفحم بولي فوسفات الأمونيوم، مما يساهم في تكوين طبقة كربون موسعة في نظام PP/IFR. وفي الوقت نفسه، فإن الأكاسيد ثنائية المعدن، مع ثباتها العالي وقدرتها التحفيزية القوية في درجات حرارة عالية، قادرة على تعزيز تكوين طبقة كربون كثيفة ومتجانسة في مادة PP/IFR، وتحسين الاستقرار الحراري لكل من الطبقة والطبقة. بقايا الكربون.

بالإضافة إلى ذلك، فإن NiCO الشبيه بالزهرة₂O₄ يحتوي على عدد كبير من الطيات، وسطح التلامس مع البوليمر كبير وخشن، مما يعزز قوة الترابط، والهيكل الشبيه بالزهرة يتمتع بثبات قوي، مما يمكن تجنب تعرضه للتلف أثناء المعالجة والحفاظ على السلامة الهيكلية.

في الوقت نفسه، يمكن تثبيت المواد المكونة للفحم في عملية الاحتراق بين الهيكل الشبيه بالزهرة لتحسين استقرار طبقة الفحم، وبالتالي لعب دور حاجز فعال لتحقيق مثبطات اللهب وحماية الركيزة. .

OS-MCAPP هو نوع من التطبيقات المعالجة بـ SiO₂ هلام، والذي، أثناء عمله كمصدر للغاز والحمض، يساعد أيضًا PP على تكوين طبقة شار واقية ويحمي ركيزة PP من مزيد من التحلل. PEIC، باعتباره مصدرًا ممتازًا للشار، يلعب وجوده دورًا كبيرًا في تكوين الفحم شار موسع عالي الجودة ويعزز الحصول على مركبات ممتازة مثبطة للهب.

يتفاعل PPA-C مع PER أثناء الاحتراق لتكوين روابط POC وروابط PC، مما يساهم في تكوين طبقات شار خالية من العيوب تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتسبب PPA-C في تحلل PP حراريًا مبكرًا وتكوين المزيد من بقايا الفحم عند درجات حرارة أعلى.

وفي الوقت نفسه، PPA-C وPER لهما تأثير تآزري جيد، ومثبطات اللهب لـ PPA-C/PER تتفوق على نظام APP/PER التقليدي. عندما يصل محتوى PPA-C/PER (3:1) إلى 18% بالوزن، تصل مركبات PP/IFR إلى تصنيف V-0 في اختبار UL-94، ويمكن أن يصل مؤشر الأكسجين النهائي إلى 28.8%.

ثالثا. تطبيق مثبطات اللهب PP في مجال التعبئة والتغليف

يتميز بلاستيك PP بكثافة منخفضة، وشفافية جيدة، وغير سامة ولا طعم لها، وسهل المعالجة والقولبة، وسعر منخفض وخصائص أخرى، بحيث يكون له قيمة تطبيق ضخمة في مجال التغليف، ولكن عيوب بلاستيك PP مثل القابلية للاشتعال، ضعف مقاومته لدرجات الحرارة العالية وعيوب أخرى تحد من تطوره في مجال التعبئة والتغليف. لذلك، في السنوات الأخيرة، التزم العديد من العلماء بالبحث في مواد التعبئة والتغليف PP ذات خصائص مثبطات اللهب العالية.

1. قذيفة بطارية السيارة

تعد البطارية أحد أهم أجزاء مركبات الطاقة الجديدة، كما أن غلاف البطارية المسؤول عن حماية سلامة البطارية له أهمية خاصة أيضًا، حيث يتطلب تغليف البطارية بالعزل، ومقاومة الصدمات، ومقاومة التآكل، وخصائص مثبطات اللهب الجيدة.

تتكون عبوات البطاريات التقليدية بشكل أساسي من مواد معدنية ومركب تشكيل الصفائح (SMC). ومع ذلك، فإن بعض هاتين المادتين لديها عملية قولبة معقدة وكثافة عالية، مما يؤثر على الوزن الخفيف لمركبات الطاقة الجديدة، لذلك حظيت مواد PP منخفضة الكثافة والمقاومة للصدمات بالاهتمام.

باستخدام راتنج PP كمادة أساسية، ونظام مركب بولي فوسفات الأمونيوم/تريازين كمثبط للهب، وكوبوليمر الإيثيلين أوكتين، واللدائن القائمة على البروبيلين، وEPDM كعامل تقوية، يتم تحضير مادة PP ذات خصائص مثبطة للهب بطريقة مزج الذوبان، والتي يتم تستخدم كقشرة بطارية لمركبات الطاقة الجديدة.

تتميز مادة PP هذه بخصائص مثبطة للهب جيدة وقوة تأثير مع الحفاظ على كثافة منخفضة، ولها أداء جيد في الغلق ومقاومة للماء، والتي يتم الآن وضعها في الإنتاج على دفعات.

2. تغليف الأجزاء

تم تحضير مركبات PP/MHSH/Al2O3/NP بطريقة المزج المصهور عن طريق تعديل شارب كبريتات المغنسيوم (MHSH) والألومينا (Al).₂O₃)، وإدخال عامل الربط المتقاطع KH-550 إلى أسطح كليهما، وإضافة مثبطات اللهب المعقدة للنيتروجين والفوسفور ومصفوفة PP، وتمت معالجتها أيضًا في الأفلام.

مثبطات اللهب النيتروجينية والفوسفورية، بالإضافة إلى تعزيز تكوين طبقة كربون موسعة في مصفوفة PP عند درجة حرارة عالية، تتفاعل مع MHSH لتكوين ملح فوسفات المغنيسيوم مع ثبات حراري جيد، كما أن وجود ملح فوسفات المغنيسيوم يعزز قوة طبقة الكربون الموسعة وتلعب دور دعم الهيكل العظمي.

إضافة آل₂O₃ يمكن أن يحسن التوصيل الحراري للمادة، بحيث يتم نقل الحرارة الداخلية للمادة بسرعة إلى السطح، مما يلعب دورًا في تبديد الحرارة، وبالتالي تحسين مقاومة الحرارة للمادة. وفي الوقت نفسه، MHSH وآل₂O₃ عبارة عن حشوات صلبة ذات قوة ميكانيكية جيدة، والتي يمكنها تحسين الخواص الميكانيكية لـ PP/MHSH/Al₂O₃/ NP فيلم مركب.

لذلك، PP/MHSH/Al₂O₃يتميز الفيلم المركب /NP بخصائص مثبطة للهب ممتازة وقوة ميكانيكية عالية، مما يوسع نطاق تطبيق مركبات PP.

3. حاويات المواد الغذائية

باستخدام بولي فوسفات الأمونيوم كمصدر للغاز والحمض، وعامل تريازين الكربونيك كمصدر للكربون، ثم مع العامل التآزري، يشكلان معًا IFR، ثم مع المعالجة النظيفة لصناديق الغداء المصنوعة من مادة البولي بروبيلين المعاد تدويرها من خلال طريقة مزج الذوبان لتحضير مواد PP المركبة مع خصائص مثبطة للهب عالية، مما يثبت أن صناديق الغداء المصنوعة من البولي بروبيلين لديها إمكانات هائلة في إعادة التدوير.

رابعا. القضايا الحالية في أبحاث مثبطات اللهب PP

في السنوات الأخيرة، بدأ المزيد والمزيد من الناس في دراسة مركبات PP مثبطات اللهب، ولكن أبحاث مثبطات اللهب لـ PP تتميز بشكل رئيسي بالمشاكل التالية:

(1) المضافات المثبطة للهب كبيرة الحجم، وتوافقها ضعيف مع المصفوفة، مما يسبب الكثير من الضرر للخصائص الميكانيكية للمادة، مما يؤثر على استخدام مركبات PP.

(2) تحتوي معظم مثبطات اللهب الحالية ذات كفاءة مثبطات اللهب العالية على الهالوجينات، والتي لا تلبي متطلبات حماية البيئة الخضراء.

(3) مثبطات اللهب أكثر تكلفة، مما يزيد من تكلفة إنتاج مواد PP المثبطة للهب.

خاتمة

شركة YINSU Flame Retardant متخصصة في توفير حلول شاملة لمثبطات اللهب لمواد PP، ويغطي خط إنتاجها نطاقًا واسعًا من مثبطات اللهب الفعالة للغاية لتلبية احتياجات سيناريوهات التطبيق المختلفة. بالنسبة للتطبيقات التي تسعى إلى الحصول على أعلى معايير مثبطات اللهب، فإن مثبطات اللهب من فئة PP V0 الخاصة بالشركة، مثل PPV0-P-32M، التي تستخدم تقنية مثبطات لهب الفوسفور الأحمر، يمكن أن تضمن أن المادة تحقق تصنيف UL-94 V0 تحت اختبارات صارمة، وهي مناسبة للاستخدام على مواد PP الجديدة والمستصلحة والمبلمرة المتجانسة والبلمرة المشتركة. وفي الوقت نفسه، بالنسبة للتطبيقات الحساسة من حيث التكلفة، مثبطات اللهب من فئة PP V2 PPV2-8H يوفر خيار مثبطات اللهب فعال من حيث التكلفة وفعال للمواد PP المعاد تدويرها، مما لا يقلل من تكاليف المواد فحسب، بل يحافظ أيضًا على خصائص مثبطات اللهب الجيدة.

بالإضافة إلى ذلك، مثبطات اللهب YINSU T3 المنتج، وهو الشريك المثالي لمثبطات اللهب البروم، يمكن أن يتآزر معها لتعزيز تأثير مثبطات اللهب لمواد PP بشكل كبير، ويصل بسهولة إلى معيار الدرجة V0. أطلقت الشركة أيضًا مثبطات اللهب غير المهلجنة، البيبرازين بيروفوسفات فPA ف-15، وهو منتج ليس صديقًا للبيئة فحسب، بل يتمتع أيضًا بكفاءة عالية في مقاومة اللهب، مما يوفر للسوق خيارًا لمثبطات اللهب الخضراء.

لقد التزمت YINSU Flame Retardant دائمًا بتوفير حلول مثبطات اللهب تتسم بالكفاءة والفعالية من حيث التكلفة لمواد PP السائدة، سواء الجديدة أو المعاد تدويرها. من خلال الابتكار التكنولوجي المستمر وتحسين المنتج، تساعد YINSU Flame Retardant العملاء على ضمان جودة المنتج وسلامته مع تحقيق تخفيضات في التكاليف وتعزيز التنمية المستدامة للصناعة.