Forbedring af brandsikkerhed:Fremkomsten af ​​PA-DAD som en bæredygtig flammehæmmer til epoxyharpikskompositter

Epoxyharpiks (EP), et essentielt materiale til forskellige anvendelser såsom klæbemidler, belægninger og kompositter, står over for udfordringer på grund af dets iboende brændbarhed og tætte røgproduktion, hvilket udgør en trussel mod sikkerhed og ejendom. For at løse disse problemer er modifikationer for at forbedre flammehæmningen bydende nødvendigt.

Selvom der er udviklet adskillige flammehæmmere (FR'er), stammer de fleste fra ikke-vedvarende kilder, hvilket er i modstrid med bæredygtighedsmål. For nylig har biobaserede FR'er som fytinsyre (PA) fået opmærksomhed for deres vedvarende, rigelige og bionedbrydelige natur. Blandt disse skiller PA sig ud for sin høje flammehæmmende effektivitet på grund af dets betydelige fosforindhold. Udfordringen er dog stadig, da nogle bio-baserede FR'er stadig er afhængige af oliebaserede produkter for deres effektivitet.

Om dette emne, Emergency Management Science and Technology har udgivet en forskningsartikel med titlen "A bio-based hyperbranched flame retardant to the fire-safety and smoke-suppression epoxy composite."

Denne undersøgelse beskriver den innovative udvikling og omfattende karakterisering af et fuldt biologisk flammehæmmer ved navn PA-DAD, skabt gennem en ligetil neutraliseringsreaktion mellem 1,10-diaminodecan (DAD) og fytinsyre (PA). Fourier-transform infrarød spektroskopi (FTIR), nuklear magnetisk resonans (NMR) og differentiel scanning kalorimetri (DSC) analyser bekræftede den vellykkede syntese af PA-DAD, hvilket viser ændringer i kemisk binding, der indikerer dannelse af flammehæmmere.

Denne biobaserede flammehæmmer blev derefter inkorporeret i epoxyharpiks (EP) kompositter for at undersøge dens indvirkning på flammehæmmende egenskaber og mekaniske egenskaber. Tilføjelsen af ​​PA-DAD forbedrede markant de begrænsende oxygenindeks (LOI)-værdier og UL-94-klassificeringer af EP-kompositterne, hvilket viser dets effektivitet til at forbedre brandmodstanden.

Termogravimetrisk analyse (TGA) og keglekalorimetritest afslørede yderligere, at PA-DAD øgede kuludbyttet og reducerede peak heat release rate (RR), total røgproduktion (TSP) og giftige gasemissioner under forbrænding, hvilket bekræftede dens overlegne flamme- retarderende virkning.

Dannelsen af ​​et tæt, opsvulmende kullag virkede som en termisk barriere, hvilket reducerede varme- og masseoverførsel under forbrænding. Under forbrændingsprocessen kan nedbrydningen af ​​PA-DAD producere produkter med P-O-C, PO· og NH₃ , derved indfanger aktive frie radikaler af H· og OH·, reducerer emissionerne af oxygen og giftige gasser og forhindrer den kontinuerlige nedbrydning af substratet.

Desuden undersøgte undersøgelsen de mekaniske egenskaber af EP-kompositter og bemærkede forbedrede træk-, bøjnings- og slagstyrker med tilføjelsen af ​​PA-DAD, som tilskrives den øgede tværbindingstæthed og energiafledningsevnen af ​​ionbindingerne dannet af PA-DAD.

Som konklusion fremstår PA-DAD som en usædvanlig effektiv og miljømæssigt bæredygtig flammehæmmer, som ikke kun markant forbedrer brandsikkerhedsprofilen af ​​epoxyharpiks (EP) kompositter, men også bevarer eller forbedrer deres mekaniske egenskaber. Dette arbejde understreger potentialet ved at bruge bio-baserede materialer til brandsikkerhedsapplikationer, hvilket tilbyder en lovende vej til udvikling af bæredygtige, højtydende flammehæmmere.

Resultaterne har væsentlig værdi for fremtidige applikationer til at skabe sikrere, mere miljøvenlige brandhæmmende materialer, hvilket markerer et bemærkelsesværdigt bidrag til området for materialevidenskab og teknik.

Flere oplysninger: Zhiqian Lin et al., Et biobaseret hyperforgrenet flammehæmmer mod brandsikkerhed og røgdæmpende epoxykomposit, Emergency Management Science and Technology (2023). DOI:10.48130/EMST-2023-0021

Leveret af Maximum Academic Press