El polipropileno (PP), uno de los cinco polímeros polivalentes, se utiliza ampliamente en muchas facetas de la sociedad. Sin embargo, la inflamabilidad del PP también restringe su gama de aplicaciones e impide el avance de los materiales de PP. En consecuencia, la modificación del PP Sex para hacerlo ignífugo siempre ha suscitado interés.

A continuación, vamos a examinar los materiales poliméricos que representa el proceso de combustión del PP y su mecanismo ignífugo, así como las existencias de PP ignífugo y su potencial de uso en la industria del envasado.

Proceso y mecanismo de combustión de materiales poliméricos

01 El proceso de combustión

Las composiciones poliméricas con carbono, hidrógeno, oxígeno y otros elementos en la cadena molecular se denominan materiales poliméricos. La mayoría de los polímeros pueden incendiarse.

Durante la combustión de materiales poliméricos se manifiestan fenómenos especiales, como el reblandecimiento por fusión y los cambios de volumen, ya que se trata de una mezcla de cambios físicos y procesos químicos. En la figura 1 se representa la combustión de materiales poliméricos, que puede dividirse a grandes rasgos en las tres etapas siguientes:

Fig.1 Diagrama esquemático de la combustión de polímeros y retardancia de llama

(1) El material empezará a experimentar procesos de descomposición térmica a medida que la temperatura aumenta gradualmente, rompiendo los eslabones más débiles de la cadena molecular. Pequeños gases moleculares, la mayoría de los cuales son inflamables, se producen gradualmente en la superficie del material a medida que la reacción de descomposición térmica de los materiales poliméricos continúa y se intensifica. Estos pequeños gases moleculares inflamables se mezclan con el oxígeno del aire para formar gas mixto sexual inflamable;

(2) La concentración de combustibles en el gas mezclado en la superficie del material polimérico aumenta rápidamente a medida que se desarrolla la reacción de descomposición. Se producirán explosiones violentas cuando la temperatura y el contenido de gas combustible del gas combinado reúnan las condiciones necesarias para la combustión. La reacción química hace que la superficie del material se inflame rápidamente;

(3) La mezcla explosiva de gas arde rápidamente y produce mucho calor. Además de propagarse al fondo del material, el calor generado también elevará la temperatura de la zona circundante. Esto acelerará la descomposición del material, producirá más gas inflamable y, en última instancia, hará que continúe la reacción de combustión. Como resultado, es posible pensar en la combustión de materiales poliméricos como un proceso de promoción gradual y reacción cíclica.

El PP tiene un bajo índice de hidrocarburos de oxígeno de 17,4, lo que lo hace fácilmente combustible, poco ignífugo y productor de calor al quemarse. Además, cuando gotea, se incendia con facilidad, poniendo en peligro tanto a las personas como a los bienes. Es vital investigar y producirPP ignífugoya que la inflamabilidad del PP restringe su amplia aplicabilidad en el campo de los aparatos eléctricos.

02 Mecanismo de contención de las llamas

Los mecanismos de terminación de la reacción en cadena, los mecanismos de aislamiento de la superficie y los mecanismos de intercambio térmico interrumpido son aproximadamente los dos grupos en los que se encuadran los mecanismos ignífugos.

(1) Mecanismo para detener una reacción en cadena Cuando se quema PP, primero se descompone en hidrocarburos y después, a alta temperatura, se oxida térmicamente aún más y se fractura en HO libre. La combustión puede continuar debido a la reacción en cadena de HO, y el HO creado durante la combustión es lo que pone fin a la reacción en cadena.

(2) Mecanismo de aislamiento de la superficie Además de absorber el calor del PP en combustión, el retardante de llama también crea un compuesto sólido en la superficie del material que sirve de barrera entre la matriz y el aire, impidiendo la combustión.

(3) Interrupción del sistema de intercambio de calor Este mecanismo se refiere a la capacidad del retardante de llama para absorber una cantidad significativa de calor de combustión durante el proceso de combustión, lo que provoca una escasez de calor para la reacción de combustión, que hace que el efecto retardante de llama se consiga mediante la autoextinguibilidad.

Uso del PP ignífugo en la industria del envasado

Por su baja densidad, alta transparencia, insípido, facilidad de procesado y moldeado, bajo coste y ausencia de toxicidad, el plástico PP tiene muchas aplicaciones potenciales en la industria del envasado. Sin embargo, estas aplicaciones se ven limitadas por la inflamabilidad del material y su escasa resistencia a las altas temperaturas. Como resultado, varios académicos han centrado su atención recientemente en la investigación de materiales de envasado de PP con fuerte retardancia a la llama.

1.Estuche para batería de coche 

Una de las partes más cruciales de los vehículos de energía modernos son las baterías. Además, la caja de la batería, encargada de garantizar su seguridad, es crucial. Aislamiento, resistencia a los impactos, resistencia a la corrosión y una fuerte retardancia de la llama son requisitos necesarios para el embalaje de las baterías. Los materiales metálicos y los componentes de compuesto de moldeo de láminas (SMC) constituyen la mayor parte de los embalajes tradicionales para pilas. Sin embargo, algunos de estos dos materiales necesitan técnicas de moldeo complejas y tienen una alta densidad, lo que afecta a la ligereza de los futuros vehículos energéticos. Por ello, la atención se ha centrado en los materiales de PP con baja densidad y gran resistencia a los impactos.

Se fabrica mediante el proceso de mezcla fundida y contiene resina de PP como matriz, un sistema químico de polifosfato de amonio/triazina como retardante de la llama, copolímero de etileno-octeno, un elastómero a base de propileno y EPDM como endurecedor. un material de PP con cualidades retardantes de la llama que se utiliza en los coches de nueva energía como carcasa de la batería. Este material de PP ofrece una gran capacidad de impermeabilización, buena capacidad de sellado y buena resistencia al impacto, al tiempo que mantiene una baja densidad. Se produce en grandes cantidades.

02 Embalaje de piezas

Se modificaron el óxido de aluminio (Al2O3) y el whisker básico de sulfato de magnesio (MHSH). A continuación, las superficies de ambos se reticularon con KH-550, y la matriz de PP y el retardante de llama se añadieron mediante mezcla fundida. El procedimiento se utilizó para crear un material compuesto de PP/MHSH/Al2O3/N-P, que luego se procesó para formar una película.

Entre ellos, el retardante de llama compuesto de nitrógeno-fósforo puede mejorar la capa intumescente de carbono al reaccionar con MHSH para producir sal de fosfato de magnesio, que tiene una buena estabilidad térmica. Esta reacción también puede promover la formación de la capa intumescente de carbono en la matriz de PP a altas temperaturas. Proporciona estabilidad y soporte esquelético.

El Al2O3 puede añadirse a un material para aumentar su conductividad térmica, permitiendo que el calor interior del material se transmita rápidamente a la superficie, donde puede contribuir a la disipación del calor y aumentar la resistencia térmica. Las características mecánicas de la película compuesta de PP/MHSH/Al2O3/N-P pueden mejorarse gracias a la rigidez y resistencia mecánica del MHSH y el Al2O3, que se utilizan como cargas. Gracias a su excelente retardancia de la llama y a su gran resistencia mecánica, la película compuesta de PP/MHSH/Al2O3/N-P amplía la gama de aplicaciones de los materiales compuestos de PP.