Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

15 октября 2020
Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

Дополнительным преимуществом УФ-поглотителей является защита, которую они обеспечивают для других добавок и самого полипропилена. Например, пигменты и бромированные антипирены являются сопутствующими добавками, которые легко повреждаются независимо от полипропилена. Отсутствие отражательной способности для DE83R, декабромдифенилоксида, при повреждении длин волн УФ-излучения показывает, что повреждение от света может происходить непосредственно с огнезащитным составом. Таким образом, стабилизирующий УФ-поглотитель может быть особенно полезен с ароматическими антипиренами, такими как DE83R. В большинстве полипропиленовых компаундов используется стабилизатор улавливания радикалов типа затрудненных аминов. Эти светостабилизаторы на основе затрудненных аминов часто называют HALS. Типичный пример – известный под своим коммерческим названием Lowilite 77. Циклический механизм HALS объясняется хорошим соотношением производительности и веса этих светостабилизаторов. Дело в том, что HALS настолько эффективны в полипропилене, что часто исключают использование поглотителей во многих областях.

Однако существенным ограничением является щелочная природа обычных вторичных HALS. Если сопутствующие добавки являются кислотными или производят кислотные побочные продукты разложения, они могут координироваться с HALS, чтобы мешать стабилизации и вносить вклад в изменение цвета. Алкилирование вторичного HALS с образованием третичного HALS, такого как Lowilite 76, значительно снижает эти вредные координации. Другой способ снизить щелочность HALS – это сформировать полимерную молекулу через активные аминогруппы, такие как Lowilite 62. С негорючим полипропиленом комбинация стабилизаторов часто оказывается синергической. Позже будут обсуждаться общие коммерческие системы и некоторые системы следующего поколения. Далее будем рассматривать сугубо антипиреновые добавки. Горение – это очень сложная комбинация физических и химических явлений, которые должны сбалансированно взаимодействовать между собой, чтобы и произошло горение. Три компонента, необходимые для поддержания горения, – это топливо, тепло и кислород, которые образуют классический «огненный треугольник». И тушение пожара осуществляется средствами, воздействующими на одну или несколько составляющих этого треугольника.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

Добавки, высвобождающие гидратационную воду при нагревании, охлаждают основание и разбавляют горючие газы. Хотя эти добавки недорогие, это относительно неэффективный подход к замедлению горения, поскольку требуются высокие их уровни, приблизительно 30 % по массе. Добавки, действующие в конденсированной фазе, образуют тепловой барьер, который защищает субстрат и ограничивает диффузию горючих газов из субстрата и кислорода в субстрат. В настоящее время ведутся исследования по разработке этих систем, поскольку они характеризуются относительно низким тепловыделением. Добавки, действующие в паровой фазе, демонстрируют наивысшую эффективность, поскольку они влияют на химию горения. Уровень общей нагрузки всего в 3% достаточен для выполнения определенных требований по воспламеняемости. Галогенсодержащие системы, работающие в паровой фазе, характеризуются более высоким тепловыделением, чем системы, работающие в конденсированной фазе. Конденсированная фаза образуется от источника возгорания или за счет тепловой обратной связи от реакций газофазного окисления. При термолитическом расщеплении полимера горючие и негорючие газообразные продукты попадают в зону горения газовой фазы. Эти продукты вступают в реакцию с кислородом и выделяют тепло при образовании диоксида углерода, оксида углерода, воды и сажи.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

Окислительная деструкция полимеров приводит к образованию высокореакционных радикалов H и OH. Тепловая обратная связь усиливает пиролиз для дальнейшего разжигания пламени. Свободные радикалы H и OH, количество которых увеличивается за счет реакций разветвления цепи, придают высокую скорость распространению пламени. Они атакуют углеводородные частицы и участвуют в реакциях, в результате которых образуются различные конечные продукты сгорания. Горение предотвращается или останавливается путем воздействия на один или несколько компонентов, необходимых для поддержания горения (тепло, топливо и кислород). В соответствии с этим огнезащитные механизмы объединяются в несколько основных классов. Эндотермические процессы, присущие добавкам, таким как тригидрат алюминия (Al2O3x3H2O, также известный как гидроксид алюминия, AlOH3) и гидроксид магния, MgOH2, охлаждают горящую субстанцию до температур ниже тех, которые необходимы для поддержания горения. Водяной пар, образующийся при их эндотермическом разложении, разбавляет горючее топливо в газовой фазе, в то время как щелочные неорганические остатки обеспечивают уровень тепловой защиты.

Термогравиметрический анализ показывает, что тригидрат алюминия (ATH) образует гидратные воды в диапазоне 205–225 °C. Поскольку эта температура часто достигается при смешивании термопластов, ATH обычно не используется в этих системах. Гидроксид магния дегидратируется в диапазоне 300–320 °C и может быть безопасно переработан в полипропилен с использованием уровней нагрузки порядка 60% для достижения желаемых характеристик воспламеняемости. Антипирены, которые препятствуют горению за счет физического воздействия охлаждения, разбавления и изоляции, менее эффективны по весу, чем те, которые химически подавляют химию пламени. Системы с конденсированной фазой разлагаются при нагревании с образованием большого количества термически стабильного остатка или полукокса. Этот полукокс действует как тепловой экран для передачи тепла от пламени к полимеру и как физический барьер, ограничивающий диффузию горючих газов из полимера в зону горения. Нагар возникает в результате сочетания обугливания и вспенивания поверхности полимера, в результате чего образуется толстый защитный барьер. Из-за их низкого воздействия на окружающую среду и относительно низкого тепловыделения существует значительный интерес к разработке вспучивающихся систем. Эти системы обычно содержат источник кислоты, такой как полифосфат аммония (APP), и полигидроксисоединение, такое как пентаэритрит, которое дегидратируется и обугливается из-за воздействия кислоты.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

APP представляет собой линейный полимер, который разлагается при нагревании в три последовательных этапа. Для эффективных огнезащитных систем требуется, чтобы газы выделялись между стадиями гелеобразования и стеклования материала и чтобы полукокс имел достаточную прочность для сохранения своей структуры. Далее заметим, что галогенированные антипирены очень эффективны, потому что они мешают радикальному цепному механизму в газовой фазе процесса горения. Ранее мы видели, что при горении полимеров происходят цепные радикальные реакции с участием радикалов ОН и Н. Поскольку эта система является регенеративной, галогенированные антипирены очень эффективны при относительно низких уровнях нагрузки. Бром более эффективен, чем хлор, потому что имеет более низкую энергию связи углерода с бромом. Это позволяет высвобождать галогенид в более благоприятный момент в процессе сгорания. Также считается, что HCl образуется в более широком диапазоне температур и поэтому присутствует в более низких концентрациях на фронте пламени и, следовательно, эта кислота менее эффективна, чем Hbr. В следующей части мы также рассмотрим другие системы из антипиреновых добавок и поговорим о других важных аспектах, связанных с защитой полимерных компаундов на основе полипропилена и его сополимеров от горения.

Полипропилен, его сополимеры и ПП композиты. Часть 23

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад