Uniepalnianie i poprawa stabilności termicznej elastomerów metodami inżynierii materiałowej

• Autorzy: Bieliński D. M. , Kmiotek M. , Kleczewska J. , Janowska G. , Siciński M.

Warianty tytułu

EN

Improvement of flame resistance and thermal stability of elastomers by methods of material engineering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wpływ modyfikacji kauczuków za pomocą różnych niekonwencjonalnych substancji antypiretycznych, takich jak: ftalocyjaniny (tab. 1), ciecze jonowe (rys. 1 i tab. 2), poli(borowinylosiloksany) (tab. 3) czy ekspandowalny grafit (rys. 2) na stabilność termiczną i palność ich wulkanizatów. W przypadku cieczy jonowych i borosiloksanów w celu uzyskania równomiernego zdyspergowania niewielkiej ilości antypirenów w matrycy kauczuku, wprowadzano je na nośniku w postaci krzemionki, MMT lub haloizytu. Modyfikacja powierzchni napełniaczy wpłynęła dodatkowo na poprawę stopnia ich dyspersji w kauczuku. Największy wzrost stabilności termicznej i indeksu tlenowego uzyskano w przypadku kauczuku butadienowego, do którego wprowadzono ftalocyjaniny, kauczuku butadienowo- -akrylonitrylowego z dodatkiem haloizytu zmodyfikowanego cieczą jonową – tetrafluoroboranem 1-butylo-2,3-dimetyloimidazoliowym oraz kauczuku butadienowo-styrenowego zawierającego trójskładnikowy układ: grafit ekspandowalny- chloroparafina-Al(OH)3. Innymi sposobami uniepalniania elastomerów są: ceramizacja kauczuku silikonowego (rys. 3) i bombardowanie gumy wysokoenergetyczną wiązką jonów (tab. 4). W obydwu przypadkach mechanizm uniepalniania polega na wytworzeniu na powierzchni elastomeru termoizolacyjnej bariery fizycznej, odpowiednio w postaci mikroporowatego ceramicznego czerepu i silnie usieciowanej warstwy grafitopodobnej. Na podstawie uzyskanych wyników postawiono tezę o konieczności opracowania alternatywnej metody badań palności, która uwzględniałaby rolę warstwy wierzchniej materiałów.

EN

The work presents the influence of addition of various unconventional flame retardants to rubber, such as: phthalocyanines (Tab. 1), ionic liquids (Fig. 1 and Tab. 2), poly(boronvinylsiloxanes) (Tab. 3) or expandable graphite (Fig. 2) on thermal stability and flammability of rubber vulcanizates. In order to obtain uniform distribution of small amount of antypirenes in rubber matrix, in the case of ionic liquids and borosiloxanes, they were introduced on the surface of silica, MMT or haloisite fillers. Additionally, surface modification of fillers improved degree of their dispersion in rubber. The most significant increase of thermal stability and oxygen index was obtained for vulcanizates of butadiene rubber modified by addition of phthalocyanines, butadiene-acrylonitrile rubber filled with haloisite modified by ionic liquid – 1-buthyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate or styrene-butadiene rubber containg three-component system of expandable graphite-chloroparaffin- Al(OH)3. Other methods for reduction of elastomer flammability presented are: ceramization of silicone rubber (Fig. 3) and ion bombardment of rubber surface by high energy ion beam (Tab. 4). In both cases the mechanizm of fire protection depends on creation of thermoinsulating, physical barrier, in the form of microporous ceramic layer and highly crosslinked graphitelike barrier. Based on the results obtained it was concluded on the necessity of elaboration of new, alternative method for determination of flammability, taking into account the role played by surface layer of materials.

Słowa kluczowe

PL

elastomer; stabilność termiczna; palność; modyfikacja; obróbka powierzchni

EN

elastomer; thermal stability; flammability; modification; surface treatment

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 664--668
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bieliński D. M.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka, Oddział Elastomerów i Technologii Gumy, Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w Toruniu

autor

Kmiotek M.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka

autor

Kleczewska J.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka

autor

Janowska G.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka

autor

Siciński M.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Horrocks A. R., Price D.: Fire retardant materials. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge (2001).
• [2] Jurkowski B., Jurkowska B., Rydarowski H.: Palność materiałów polimerowych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań (2010).
• [3] Janowska G., Przygocki W., Włochowicz A.: Palność polimerów i materiałów polimerowych. WNT, Warszawa (2007).
• [4] Murphy J.: Flame retardants - a guide to the basics. Plastics Additives & Compounding 5 (2003) 18÷19.
• [5] Olejnik M.: Nanokompozyty polimerowe z udziałem montmorylonitu - otrzymywanie, metody oceny, właściwości i zastosowanie. Techniczne Wyroby Włókiennicze 16 (2008) 67÷74.
• [6] Li Z., Qu B.: Flammability characterization and synergistic effects of expandable graphite with magnesium hydroxide in halogen-free flame- retardant EVA blends. Polym. Degr. Stabil. 81 (2003) 401÷408.
• [7] de Wit C. A.: An overview of brominated flame retardants in the environment. Chemosphere 46 (2002) 583÷624.
• [8] Janowska G., Rybiński P., Jantas R.: Effect of the modification of silica on thermal properties and fiammability of butadiene-acrylonitrile rubbers. J. Thermal Anal. Cal. 87 (2007) 511÷517.
• [9] Moser F. H., Thomas A. L.: Phthalocyanine compounds. Reinhold Publishing Corporation, New York (1963).
• [10] Moser F. H., Thomas A. L.: The phthalocyanines - manufacture and applications. CRC Press, Florida (1983).
• [11] Seha Z.: Process for the preparation of metal-free phthalocyanine. Patent TSA 3,998,839.
• [12] Stocker E., Pugin A.: Process for the production of mixtures of alkali phthalocyanines and metal-free phthalocyanine. Patent USA 3,060,189.
• [13] Horcas I., Fernandez R., Gomez-Rodriguez J. M., Colchero J., Gomez- Herrero J., Baro A. M.: WSXM. A software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology. Review of Scientific Instruments 78 (2007) 013705-1.
• [14] Owens D. K., Wendt R. C.: Estimation of the surface free energy of polymers. J. Appl. Polym. Sci. 13 (1969) 1741÷1747.
• [15] Rudolph W., Grambole D., Groetzchel R., Hesier C., Hernnann F., Knothe P., Neelmeijer C.: Hydrogen, oxygen and and carbon losses during 15N bombardment of PMMA layers. Nucl. Instr. and Meth. B 33 (1988) 803÷807.
• [16] Pająk A., Janowska G., Czajkowski W., Kucharska-Jastrząbek A.: Wpływ pigmentów ftalocyjaninowych na właściwości kauczuku butadienowego. Przemysł Chem. 89 (2010) 1683÷1688.
• [17] Bieliński D. M., Janowska G., Kmiotek M., Kleczewska J., Chruściel J.: Alternatywne metody ograniczania palności i poprawy stabilności termicznej gumy. Rozdz. 7 Materiały polimerowe o obniżonej palności. Jurkowski B., Rydarowski H. red., Wyd. Naukowe ITeE-PIB, Radom (2012).
• [18] Duquesne S., Delobel R., Bras M., Bourbigot S., Delobel R., Vezin H., Camino G., Eling B., Lindsay C., Roels T.: Expandable graphite, a fire retardant additive for polyurethane coatings. Polym. Degrad. Stab. 27 (2003) 103÷117.
• [19] Janowska G.: Stabilność termiczna i palność elastomerów. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej nr 801, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódż (1998).
• [20] Lynch T. J., Chen T., Riley D.: Advances in ATH benefit composite products. Reinforced Plastics 44 (2003) 44÷46.
• [21] Hamdani S., Longuet C., Lopez-Cuesta J.-M., Ganachaud F.: Calcium and aluminium-based fillers as flame-retardant additives in silicone matrices. I. Blend preparation and thermal properties. Polym. Degr. Stabil. 95 (2010) 1911÷1919.
• [22] http://www.cerampolymerik.com/datasheets.htm/ECC_Paper
• [23] Bieliński D. M., Anyszka R., Pędzich Z., Parys G., Dul J.: Ceramizable silicone rubber composites. Background and current state. Asian J. Chem. (2012) wysłane do druku.
• [24] Pieczyńska D., Ostaszewska U., Bieliński D. M., Jagielski J.: Modyfikacja polimerów za pomocą bombardowania jonowego. Cz. I. Historia, aktualny stan wiedzy i perspektywy rozwoju. Polimery 56 (2011) 13÷25.
• [25] Dong H., Bell T.: State-of-the-art overview: ion beam surface modification of polymers towards improving tribological properties. Surf. Coat. Technol. 111 (1999) 29÷40.
• [26] Ostaszewska U., Pieczyńska D., Bieliński D. M., Jagielski J.: Modyfikacja polimerów za pomocą bombardowania jonowego. Cz. II. Modyfikacja funkcjonalnych właściwości gumy. Polimery 57 (2012) 40÷50.