Epoxiharts (EP), ett väsentligt material i olika applikationer som lim, beläggningar och kompositer, står inför utmaningar på grund av sin inneboende brandfarlighet och täta rökproduktion, vilket utgör ett hot mot säkerhet och egendom. För att lösa dessa problem är modifieringar för att förbättra flamskyddet absolut nödvändiga.

Även om många flamskyddsmedel (FR) har utvecklats, kommer de flesta från icke-förnybara källor, vilket strider mot hållbarhetsmålen. Nyligen har biobaserade FR som fytinsyra (PA) fått uppmärksamhet för sin förnybara, rikliga och biologiskt nedbrytbara natur. Bland dessa utmärker sig PA för sin höga flamskyddande effektivitet på grund av dess betydande fosforhalt. Utmaningen kvarstår dock eftersom vissa biobaserade FR fortfarande är beroende av petroleumbaserade produkter för effektivitet.

Om det här ämnet, Nödhanteringsvetenskap och teknik har publicerat en forskningsartikel med titeln "A bio-based hyperbranched flame retardant to the fire-safety and smoke-suppression epoxy composite."

Denna studie beskriver den innovativa utvecklingen och omfattande karakteriseringen av ett helt biologiskt flamskyddsmedel vid namn PA-DAD, skapat genom en enkel neutraliseringsreaktion mellan 1,10-diaminodekan (DAD) och fytinsyra (PA). Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR), kärnmagnetisk resonans (NMR) och differential scanning kalorimetri (DSC) analyser bekräftade den framgångsrika syntesen av PA-DAD, vilket visar förändringar i kemisk bindning som tyder på bildning av flamskyddsmedel.

Detta biobaserade flamskyddsmedel inkorporerades sedan i epoxiharts (EP) kompositer för att undersöka dess inverkan på flamskydd och mekaniska egenskaper. Tillägget av PA-DAD förbättrade avsevärt gränsvärdena för syreindex (LOI) och UL-94-klassificeringar för EP-kompositerna, vilket visar dess effektivitet när det gäller att förbättra brandmotståndet.

Termogravimetrisk analys (TGA) och konkalorimetritest visade vidare att PA-DAD ökade kolutbytet och minskade den maximala värmeavgivningshastigheten (RR), total rökproduktion (TSP) och utsläpp av giftiga gaser under förbränning, vilket bekräftade dess överlägsna flam- retarderande effekt.

Bildandet av ett tätt, svällande kolskikt fungerade som en termisk barriär, vilket minskade värme- och massöverföring under förbränning. Under förbränningsprocessen kan nedbrytningen av PA-DAD producera produkter med P-O-C, PO· och NH₃ , och därigenom fångar upp aktiva fria radikaler av H· och OH·, minskar utsläppen av syre och giftiga gaser och förhindrar kontinuerlig nedbrytning av substratet.

Dessutom undersökte studien de mekaniska egenskaperna hos EP-kompositer, och noterade förbättrad drag-, böj- och slaghållfasthet med tillägg av PA-DAD, tillskrivet den ökade tvärbindningsdensiteten och energiavledningsförmågan hos jonbindningarna som bildas av PA-DAD.

Sammanfattningsvis framstår PA-DAD som ett exceptionellt effektivt och miljömässigt hållbart flamskyddsmedel, som inte bara markant förbättrar brandsäkerhetsprofilen för epoxiharts (EP) kompositer utan också bevarar eller förbättrar deras mekaniska egenskaper. Detta arbete understryker potentialen med att använda biobaserade material för brandsäkerhetstillämpningar, vilket erbjuder en lovande väg för utveckling av hållbara, högpresterande flamskyddsmedel.

Resultaten har ett betydande värde för framtida tillämpningar för att skapa säkrare, mer miljövänliga brandskyddande material, vilket markerar ett anmärkningsvärt bidrag till området materialvetenskap och ingenjörskonst.

Mer information: Zhiqian Lin et al, en biobaserad hyperförgrenad flamskyddsmedel mot brandsäkerhet och rökdämpande epoxikomposit, Emergency Management Science and Technology (2023). DOI:10.48130/EMST-2023-0021

Tillhandahålls av Maximum Academic Press