مواد پیشرفته و پوشش های نوین

مواد پیشرفته و پوشش های نوین

مواد پیشرفته مقاوم در برابر شعله بر پایه‌ کامپوزیت‌های پلیمری دوتایی و سه‌تایی: ریزساختار، پایداری حرارتی و گرماسنجی مخروطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد علی سرانجام 1
سیدحسن جعفری 2
1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه تهران، پردیس بین المللی کیش، جزیره کیش، ایران
2 استاد، دانشکده مهندسی شیمی، پردیس دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
10.22034/amnc.2023.408055.1244
چکیده
اشتعال‌پذیری پلیمرها یکی از چالش‌های عمده‌ای است که تولیدکنندگان صنعت پلاستیک با آن مواجه هستند. از این رو، توسعه پلیمرهای مقاوم در برابر شعله به عنوان یک ضرورت از نظر استانداردهای ایمنی در برابر آتش مدنظر بوده است. در این پژوهش، مواد پیشرفته برپایه پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، پلی‌آمید 6 (PA6) و کوپلیمر اتیلن وینیل الکل (EVOH) در قالب آمیخته‌های دوتایی و سه‌تایی تقویت شده با پُرکننده‌ های پلی فسفات آمونیوم (APP) و نانوصفحات خاک رُس (MMT) مقاوم در برابر شعله ساخته شده‌اند. ریزساختار این کامپوزیت‌های مقاوم در برابر شعله با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، مقاومت حرارتی آن‌ها با استفاده از تحلیل جِرم‌سنجی حرارتی (TGA) و رفتار مقاومت آنها در برابر شعله با روش گرما‌سنجی مخروطی بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که قرارگیری پُرکننده‌ها در فازهای پلیمری، اندازه ذرات، و نیز استفاده از سازگارکننده به میزان قابل توجهی بر خواص حرارتی و مقاومت در برابر شعله تأثیر می‌گذارد. در نمونه‌هایی که تنها در آنها APP وجود دارد، افزایش مقدار APP باعث ریزتر شدن ذرات و بهبود نسبی مقاومت در برابر شعله شده است، حضور سازکارکننده نیز اندازه فاز PA6 را ریزتر کرده است. حضور فاز سوم EVOH باعث سازگاری و ریزتر شدن ذرات شده، سازگارکننده نیز تأثیری ندارد و مقاومت در برابر شعله را نیز افزایش نمی-دهد.
کلیدواژه‌ها
آمیخته‌های پلیمری
پلی‌اتیلن
پلی‌آمید
مقاومت در برابر شعله
پلی فسفات آمونیوم
موضوعات
  1. Vahabi, H., et al., Flame retardant polymer materials: An update and the future for 3D printing developments. Materials Science and Engineering: R: Reports, 2021. 144: p. 100604.
  2. Seidi, F., et al., Flame retardant polypropylenes: A review. Polymers, 2020. 12(8): p. 1701.
  3. Agarwal, S. and R.K. Gupta, Plastics in buildings and construction, in Applied plastics engineering handbook. 2017, Elsevier. p. 635-649.
  4. Zhou, K., et al., The influence of cobalt oxide–graphene hybrids on thermal degradation, fire hazards and mechanical properties of thermoplastic polyurethane composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2016. 88: p. 10-18.
  5. Vahabi, H., et al., Flame retardant epoxy/halloysite nanotubes nanocomposite coatings: Exploring low-concentration threshold for flammability compared to expandable graphite as superior fire retardant. Progress in Organic Coatings, 2018. 119: p. 8-14.
  6. Levinṭa, N., et al., Halogen-free flame retardants for application in thermoplastics based on condensation polymers. SN Applied Sciences, 2019. 1: p. 1-19.
  7. Mack, A.G., Flame retardants, halogenated. Kirk‐Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2000.
  8. Hull, T., R. Law, and Å. Bergman, Environmental drivers for replacement of halogenated flame retardants. Polymer Green Flame Retardants, 2014: p. 119-179.
  9. Pecht, M. and Y. Deng, Electronic device encapsulation using red phosphorus flame retardants. Microelectronics Reliability, 2006. 46(1): p. 53-62.
  10. Hörold, S., Phosphorus-based and intumescent flame retardants, in Polymer Green Flame Retardants. 2014, Elsevier. p. 221-254.
  11. Sonnier, R., et al., Relationships between the molecular structure and the flammability of polymers: Study of phosphonate functions using microscale combustion calorimeter. Polymer, 2012. 53(6): p. 1258-1266.
  12. Velencoso, M.M., et al., Molecular firefighting—how modern phosphorus chemistry can help solve the challenge of flame retardancy. Angewandte Chemie International Edition, 2018. 57(33): p. 10450-10467.
  13. Nyamweya, N.N., Applications of polymer blends in drug delivery. Future Journal of Pharmaceutical Sciences, 2021. 7: p. 1-15.
  14. Yu, L., K. Dean, and L. Li, Polymer blends and composites from renewable resources. Progress in polymer science, 2006. 31(6): p. 576-602.
  15. Levchik, S.V. and E.D. Weil, Flame retardants in commercial use or in advanced development in polycarbonates and polycarbonate blends. Journal of fire sciences, 2006. 24(2): p. 137-151.
  16. Zhao, P., et al., Regulating the microstructure of intumescent flame-retardant linear low-density polyethylene/nylon six blends for simultaneously improving the flame retardancy, mechanical properties, and water resistance. ACS omega, 2018. 3(6): p. 6962-6970.
  17. Gu, J.-w., et al., Study on preparation and fire-retardant mechanism analysis of intumescent flame-retardant coatings. Surface and coatings technology, 2007. 201(18): p. 7835-7841.
  18. Sonnier, R., et al., Flame retardancy of phosphorus-containing ionic liquid based epoxy networks. Polymer Degradation and Stability, 2016. 134: p. 186-193.
  19. Dong, L.-P., et al., A novel linear-chain polyamide charring agent for the fire safety of noncharring polyolefin. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2016. 55(26): p. 7132-7141.
  20. Li, X., et al., Highly efficient flame retardant, flexible, and strong adhesive intumescent coating on polypropylene using hyperbranched polyamide. Chemical Engineering Journal, 2017. 324: p. 237-250.
  21. Markham, R.L., Compatibilization of Polymer Blends, in Elastomer Technology Handbook. 2020, CRC Press. p. 731-748.
  22. Castro, L., et al., Effects of mixing protocol on morphology and properties of PA6/ABS blends compatibilized with MMA‐MA. Journal of Applied Polymer Science, 2016. 133(27).
  23. Bourbigot, S., et al., PA‐6 clay nanocomposite hybrid as char forming agent in intumescent formulations. Fire and Materials, 2000. 24(4): p. 201-208.
  24. Zhang, S., et al., Tailoring the localization of carbon nanotubes and ammonium polyphosphate in linear low-density polyethylene/nylon-6 blends for optimizing their flame retardancy. Journal of Nanomaterials, 2019. 2019: p. 1-13.
  25. Lu, C., et al., Improving flame retardancy of linear low-density polyethylene/nylon 6 blends via controlling localization of clay and intumescent flame-retardant. Polymer degradation and stability, 2018. 153: p. 75-87.
  26. Zhao, P., et al., Fabricating a partial wetting structure for improving the toughness of intumescent flame‐retardant HDPE. Journal of Applied Polymer Science, 2020. 137(12): p. 48735.
  27. Bodzay, B., et al., Influence of rheological additives on char formation and fire resistance of intumescent coatings. Polymer Degradation and Stability, 2011. 96(3): p. 355-362.
  28. Vannier, A., et al., The use of POSS as synergist in intumescent recycled poly (ethylene terephthalate). Polymer Degradation and Stability, 2008. 93(4): p. 818-826.
  29. Sun, Y., et al., Surface modification of ammonium polyphosphate by supramolecular assembly for enhancing fire safety properties of polypropylene. Composites Part B: Engineering, 2020. 181: p. 107588.
  30. Swain, S.K., S.K. Patra, and S.K. Kisku, Study of thermal, oxygen‐barrier, fire‐retardant and biodegradable properties of starch bionanocomposites. Polymer composites, 2014. 35(7): p. 1238-1243.
مواد پیشرفته و پوشش های نوین
دوره 11، شماره 44
بهار 1402
صفحه 3144-3152