Во дизајнот и развојот наПолипропиленски (PP) материјал отпорен на пламенs, често занемарено, но сепак клучно научно прашање е: Како структурата на молекуларниот синџир на самата PP влијае на нејзината заостанатост од пламен? Од перспективите на полимерната хемија и науката за согорување, оваа студија систематски ги анализира фундаменталните разлики помеѓу хомополимерниот полипропилен (Homo-PP) и кополимерниот полипропилен (Co-PP) во однос на однесувањето на термичка деградација, формирање на јаглен и интеракции со ретарданти на пламен, обезбедувајќи теоретска основа за теоретска формација на отпорност на пламенот. материјали.
Хомополипропиленот е целосно полимеризиран од пропиленски мономери, со висока регуларност на молекуларниот синџир и силна способност за кристализација (обично со кристалност од 50-70%). Овој висок степен на регуларност доведува до термичка деградација што започнува од случајно сечење на синџирот, примарно произведувајќи фрагменти од алкани и олефини со мала молекуларна тежина. За време на согорувањето, снабдувањето со гориво е брзо и одржливо.
Кополимерниот полипропилен (обично случаен или блок кополимер на пропилен и етилен) внесува етиленски единици, нарушувајќи ја регуларноста на молекуларниот синџир. Присуството на етиленски комономери генерира два клучни ефекти:
Намалување на кристалноста (обично 30-50%) и зголемување на процентот на аморфни региони
· Воведување слаби точки во молекуларниот синџир, особено хемиските врски во непосредна близина на терциерните јаглеродни атоми, кои се повеќе склони кон кршење
Оваа структурна разлика фундаментално ги менува патеките на термичка деградација и однесувањето на материјалот при согорување.
2.1.
Забавувачите на пламен на база на бром, претставени со декабромодифенил етан, главно функционираат со заробување на слободните радикали во верижната реакција на согорување. Фрагментите од горивото генерирани за време на согорувањето на хомополимерот PP се порамномерни, концентрацијата на слободните радикали е стабилна, а ефикасноста на застојот на пламенот е многу предвидлива. Сепак, составот на горивото генериран од двостепената деградација на кополимеризираниот PP се менува со текот на времето, а концентрацијата на слободните радикали флуктуира, што може да доведе до неизвесност во ефикасноста на отпорот на пламен. Затоа, често е неопходно да се прилагоди односот на забавувачите на пламен со синергистите (како што е Sb2O3).
2.2.
Проширените забавувачи на пламен (IFR) се потпираат на формирање и проширување на јаглеродни слоеви. Високата кристалинност на хомополимерот PP не е погодна за формирање на континуиран и густ јаглероден слој, бидејќи диференцијалната деградација помеѓу кристалниот и аморфниот регион може да доведе до пукнатини во јаглеродниот слој. Поголемиот дел од аморфните региони во кополимеризираната ПП обезбедува поуниформа матрица за формирање на јаглеродни слоеви, што често резултира со поквалитетни и поконтинуирани проширени јаглеродни слоеви, покажувајќи подобра отпорност на пожар и перформанси на топлинска изолација.
Експерименталните податоци покажуваат дека под иста количина на додавање (25%) на фосфор азот кој се шири отпорен на пламен:
· Материјал базиран на хомополимер ПП: UL94 тестот за вертикално согорување обично го достигнува нивото V-1, со граничниот индекс на кислород (LOI) од околу 26-28%
· Материјал базиран на полимерни ПП: UL94 често може да достигне V-0 степен, LOI може да се зголеми на 29-32%
2.3 Систем за полнење минерали (алуминиум хидроксид, магнезиум хидроксид)
Реакцијата на ендотермичка дехидрација на минералните забавувачи на пламен треба добро да се усогласи со температурата на деградација на полимерот. Високата термичка стабилност на хомополимерот PP (почетна деградација од околу 320℃) подобро се совпаѓа со магнезиум хидроксид (пик на дехидрација од околу 340℃) отколкуалуминиум хидроксид(пик на дехидрација од околу 220 ℃). Пониската температура на деградација во првата фаза на кополимеризираниот PP (која може да биде ниска до 280℃) може да има подобра синергија со температурата на дехидрација на алуминиум хидроксид, но потребна е прецизна контрола за да се спречи механичко губење на имотот предизвикано од предвремено распаѓање.
Кополимеризираниот PP обично има помал вискозитет на топење и посилна цврстина на топење, што има двојно влијание врз застојот на пламенот:
·Позитивен ефект: Полесно е да се формираат „капки“ за време на согорувањето, одземајќи ја топлината, но може да предизвика проблеми со палењето на капките при тестирањето UL94
· Негативни ефекти: Посилната јачина на топење помага да се стабилизира проширениот јаглероден слој и да се спречи неговото кинење
Јачината на топење на хомополимерот ПП е помала, а јаглеродниот слој е повеќе склон кон пукање поради внатрешен притисок, но тенденцијата на капки на топење е помала. Во практичните формулации, оваа разлика често бара насочено прилагодување со додавање на средства за карбонизација или модификатори на вискозност.
Најновото истражување покажува дека дизајнирањето на специфични структури на секвенца на кополимер преку технологија за контролирана полимеризација може дополнително да ги оптимизира перформансите на отпорот на пламен. На пример, во блок кополимер PP, концентрирањето на етиленските единици во одредени сегменти од молекуларниот синџир може да создаде „жртвен сегмент“ кој преференцијално го деградира и промовира формирањето на јаглероден слој на претходно поставена температура, додека сегментот збогатен со пропилен ги одржува главните својства на материјалот. Овој дизајн на молекуларно ниво на отпорен на пламен „ја претставува насоката на развој на ПП материјалите за отпорни на пламен.
Типот на основниот материјал за полипропилен не е само прашање на избор на суровина, туку е дизајнерска променлива која фундаментално влијае назаштитник на пламенсвојства на материјалот. Разликите во молекуларната структура, однесувањето на термичка деградација и својствата на топење помеѓу хомополимерот PP и кополимерот PP резултираат во многу различни интеракции со различни системи за отпорност на пламен. Во развојот на висококвалитетни апликации за отпорни на пламен, неопходно е да се напушти размислувањето за „универзална формула“ и да се совпадне и прилагоди системот за отпорност на пламен врз основа на вродените карактеристики на основниот материјал. Разбирањето на хемиската природа на материјалите базирани на ПП не е само академско барање, туку и клуч за развој на ефикасни, економични и еколошки пламени. Со сè построгите регулативи за отпорност на пламен и зголемената побарувачка за одржлив развој, оваа рафинирана дизајнерска стратегија заснована на суштината на материјалите ќе станува сè поважна.
