Investigations of Flame Retardant Properties of Zinc Borate Accompanying with Huntite and Hydromagnesite in Polymer Composites

• Autorzy: Atay Hüsnügül Yilmaz , Icin Öykü , Kuru Buket

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2020-01-13

Warianty tytułu

PL

Badania właściwości ogniochronnych boranu cynku w obecności huntitu i hydromagnezytu w kompozytach polimerowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fires have been a danger to human beings for the centuries. As people lost their lives and property in fires, they tried to fight the fire and their efforts in this area continued increasingly. Unfortunately, it is still not possible to completely reset the risk of starting the fire. But it seems likely to extinguish immediately after the fire has started, and this is very important to save people’s lives. Scientists have been working in this field in recent years; they are concentrated on producing fire-resistant materials using different materials. This can be provided by different ways; either fire-resistant material can be produced new, or the fire resistivity can be provided by incorporating the additive material into a flammable material. In our previous studies, we used huntite and hydromagnesite minerals to give fire resistance property to polymer materials, very successful results were obtained. In this study, huntite and hydromagnesite minerals were used for accompanying with zinc borate in polypropylene composites in order to increase the flame retardant property of a polymeric materials. Different content of minerals were blended with polypropylene, and composites were produced by twin-screw extruder for observing synergistic effect. Scanning electron microscopy (SEM) analyses were conducted to determine the structural and morphological properties of the composites. Thermal properties were determined according to thermogravimetric analysis (TGA). Tensile and three point bending tests were carried out to obtain mechanical properties. Flame retardant performance was evaluated according to UL 94 vertically flammability test. It was concluded that very good synergistic effects were obtained that zinc borate was significantly influential with huntite/hydromagnesite in the flammability characteristics of composites because higher char formation is observed with zinc borate addtion. Moreover, the zinc borate reduced the smoke generated during combustion.

PL

Pożary od wieków stanowią zagrożenie dla ludzi. Gdy ludzie stracili życie i mienie w wyniku pożarów, próbowali zwalczyć pożar, a ich wysiłki w tej dziedzinie były coraz bardziej skuteczne Niestety, nadal nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie ryzyka rozpoczęcia pożaru. Ważne jest ugaszenie pożaru natychmiast po wybuchu aby uratować ludzkie życie. Naukowcy pracują w tej dziedzinie w ostatnich latach; koncentrują się na wytwarzaniu materiałów ognioodpornych przy użyciu różnych surowców. Można to zapewnić na różne sposoby; albo materiał ognioodporny może być wytworzony jako nowy, albo ognioodporność może być zapewniona przez włączenie materiału dodatkowego do materiału łatwopalnego. W badaniach używano minerałów huntite i hydromagnesitu, aby nadać materiałom polimerowym właściwości ognioodpornych, osiągając bardzo udane wyniki. W artykule przedstawiono wyniki wykorzystania minerałów huntitu i hydromagnezytu w obecności boranu cynku w kompozytach polipropylenowych w celu zwiększenia właściwości ognioodpornych materiałów polimerowych. Różne ilości minerałów zmieszano z polipropylenem, a kompozyty wytworzono za pomocą wytłaczarki dwuślimakowej w celu zaobserwowania efektu synergicznego. Przeprowadzono analizy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) w celu określenia właściwości strukturalnych i morfologicznych kompozytów. Właściwości termiczne określono za pomoca analizą termograwimetryczną (TGA). Przeprowadzono próby rozciągania i zginania trzypunktowego w celu określenia właściwości mechanicznych. Działanie zmniejszające palność oceniono zgodnie z testem palności w pionie UL 94. Stwierdzono, że uzyskano bardzo dobre efekty synergiczne, boran cynku miał znaczący wpływ na huntit i hydromagnezyt i zmianę charakterystyki palności kompozytów, ponieważ obserwuje się podwyśzone powstawanie węgla drzewnego przy dodawaniu boranu cynku. Ponadto boran cynku zmniejszył ilość dymu powstający podczas spalania

Słowa kluczowe

EN

flame retardancy; huntite hydromagnesite; zinc borate; polypropylene; mechanical properties; thermal degredation; synergistic effect

PL

uniepalniacz; hydromagnezyt huntitu; boran cynku; polipropylen; właściwości mechaniczne; degradacja termiczna; efekt synergii

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2020
• Tom: no. 1, vol. 1
• Strony: 79--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Atay Hüsnügül Yilmaz

• İzmir Katip Çelebi University, Department of Material Science and Engineering, 35620 Çiğli İzmir Turkey

autor

Icin Öykü

• İzmir Institute of Technology, Department of Material Science and Engineering, 35430 Urla İzmir Turkey, Graduate Student

autor

Kuru Buket

• Budin Kimyevi Maddeler San ve Tic. Lim. Şti. AOSB, 35620 Çiğli İzmir, Graduate Student

Bibliografia

• 1. Bakar MB, Ishak MZA, Taib MR, Rozman HD, Jani MS. Flammability and mechanical properties of wood flour-filled polypropylene composites. Journal of Applied Polymer Science. 2010, 116, 2714-2722, DOI:10.1002/app.31791
• 2. Leong YW, Ishak ZAM, Ariffin A. Mechanical and thermal properties of talc and calcium carbonate filled polypropylene hybrid composites. Journal of Applied Polymer Science, 2004, 91, 3327-3336, DOI:10.1002/app.13543
• 3. Wang X, Li Y, Liao W, Gu J, LĐ D. A new intumescent flame-retardant: preparation, surface modification, and its application in polypropylene. Polymers for Advanced Technologies, 2008, 19,1055-1061, DOI:10.1002/pat.1077
• 4. Dai J, Li B. Synthesis, thermal degradation, and flame retardance of novel triazine ring- containing macromolecules for intumescent flame retardant polypropylene. Journal of Applied Polymer Science, 2010, 116, 2157-2165. DOI:10.1002/app.31813
• 5. Jha NK, Misra AC, Bajaj P. Flame-Retardant Additives for Polypropylene. Journal of Macromolecular Science, 2006, 24, 69-116. DOI:10.1080/07366578408069971
• 6. Atay HY, Çelik E. Size dependence of flame retardant composite coatings reinforced with huntite and hydromagnesite, MSAIJ, 2014, 11, 85-96.
• 7. Wilkie CA, Morgan AB. Fire Retardancy of Polymeric Materials, 2010, 1-15, ISBN 978-1-4200-8399-6.
• 8. National Institute of Environmental Health Sciences, www.niehs.nih.gov. Accessed 06.03.2018.
• 9. Qiu X, Li Z, Li X, Zhang Z. Flame retardant coatings prepared using layer by layer assembly:A review. Chemical Engineering Journal 2018, 334, 108-122. DOI:10.1016/j.cej.2017.09.194
• 10. Stapleton HM, Klosterhaus S, Eagle S. Fuh J, Meeker JD, Blum A, Webster TF. Detection of organophosphate flame retardants in furniture foam and U.S. House Dust. Environmental Science&Technology, 2009, 43, 7490-7495. DOI:10.1021/es9014019
• 11. Dvir H. Optimization of a flame-retarded polypropylene composite. Composites Science and Technology, 2003, 63, 1865-1875. DOI:10.1016/S0266-3538(03)00170-2
• 12. Hollingbery LA, Hull TR. The thermal decomposition of huntite and hydromagnesite- A review. Thermochimica Acta 2010, 509, 1-11. DOI:10.1016/j.tca.2010.06.012
• 13. Atay HY, Çelik E. Use of Turkish huntite/hydromagnesite mineral in plastic materials as a flame retardant. Polymer Composites, 2010, 31, 1692-1700. DOI:10.1002/pc.20959
• 14. Toure B, Cuesta JL, Gaudon P, Benhassaine A, Crespy A. Fire resistance and mechanical properties of a huntite /hydromagnesite /antimony trioxide /decabromodiphenyl oxide filled PP-PE copolymer. Polymer Degradation and Stability 1996, 53, 371-379. DOI:10.1016/0141-3910(96)00100-0
• 15. Haurie L, Fernandez AI, Velasco JI, Chimenos JM, Lopez Cuesta JM, Espiell F. Synthetic hydromagnesite as flame retardant. Evaluation of the flame behaviour in a polyethylene matrix. Polymer Degradation and Stability. 2006, 91, 89-994. DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2005.08.009
• 16. Hollingbery LA, Hull TR. The fire retardant behaviour of huntite and hydromagnesite –A review. Polymer Degradation and Stability. 2010, 95, 2213-2225. DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2010.08.019
• 17. Weil ED, Levchik SV. Flame Retardants in Commercial Use or Development for Polyolefins. Journal of Fire Sciences. 2008, 26 5-43. DOI:10.1177/0734904107083309
• 18. Shen KK, Kochesfahani S, Jouffret F. Zinc borates as multifunctional polymer additives. Polymer Advance Technology 2008, 19, 469- 474. DOI:10.1002/pat.1119
• 19. Oualha MA, Amdouni N, Laoutid F. Synergistic flame-retardant effect between calcium hydroxide and zinc borate in ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA). Polymer Degradation and Stability. 2017, 144, 315-324. DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2017.08.032
• 20. Dike AS, Umit T, Dogan M. Influence of zinc borate on flame retardant and thermal properties of polyurethane elastomer composites containing huntite‐ hydromagnesite mineral. Fire and Materials 2017, 41, 890-897. DOI: 10.1002/fam.2428
• 21. Liu J, Zhou K, Tang G, Wang B, Gui Z, Yuen RKK. Synthesis of Co3(HPO4)2(OH)2 nanosheets and its synergistic effect with intumescent flame retardants in ethylene-vinyl acetate copolymer. Polymer Composites, 2018, 39, 238- 246. DOI:10.1002/pc.23923
• 22. Tait M, Pegoretti A, Dorigato A, Kalaitzidou K. The effect of filler type and content and the manufacturing process on the performance of multifunctional carbon/poly-lactide composites. Carbon 2011, 49, 4280-4290 DOI: 10.1016/j.carbon.2011.06.009
• 23. Ahmad FN, Jaafar M, Palaniandy S, Azizli KAM. Effect of particle shape of silica mineral on the properties of epoxy composites. Composite Science and Technology, 2008, 68, 346-353. DOI:10.1016/j.compscitech.2007.07.015
• 24. Bishay IK, Abd-El-Messieh SL, Mansour SH. Electrical, mechanical and thermal properties of polyvinyl chloride composites filled with aluminum powder. Materials & Design. 2011, 32, 62-68. DOI:10.1016/j.matdes.2010.06.035
• 25. Wu CL, Zhang MQ, Rong MZ, Friedrich K. Silica nanoparticles filled polypropylene: effects of particle surface treatment, matrix ductility and particle species on mechanical performance of the composites. Composites Science and Technology. 2005, 65, 635–645. DOI:10.1016/j.compscitech.2004.09.004
• 26. Atay HY, Çelik E. Mechanical Properties of Flame Retardant Huntite and Hydromagnesite Reinforced Polymer Composites. Polymer-Plastics Technology and Engineering. 2013, 52, 182-188. DOI:10.1080/03602559.2012.735310
• 27. Basfar A, Bae HJ. Influence of magnesium hydroxide (MH) and huntite hydromagnesite(HH) on mechanical properties of ethyl- ene vinyl acetate (EVA) compounds cross-linked by dicumylperoxide and ionizing radiation. Journal of Fire Sciences. 2010, 28, 161-180. DOI: 10.1177/ 0734904109340765.
• 28. Vladimirov V, Betchev C, Vassiliou A, Papageorgiou G, Bikiaris D. Dynamic mechanical and morphological studies of isotactic polypropylene/fumed silica nanocomposites with enhanced gas barrier properties. Composites Science and Technology. 2006, 66, 2935–2944.
• 29. Yetgin SH, Ünal H, Mimaroğlu A. Findik F. Influence of process parameters on the mechanical and foaming properties of PP polymer and PP/TALC/EPDM composites. Polymer-Plastics Technology and Engineering. 2013, 52, 433–4439. DOI: 10.1080/03602559.2012.748802
• 30. Akil HM, Lily N, Razak JA, Ong H, Ahmad ZA. Effect of various coupling agents on properties of alumina-filled PP composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2006;25(7):745–759. DOI:10.1177/0731684406062068
• 31. Savas LA, Deniz TK, Tayfun U, Dogan M. Effect of microcapsulated red phosphorus on flame retardant, thermal and mechanical properties of thermoplastic polyurethane composites filled with huntite&hydromagnesite mineral. Polymer Degradation and Stability. 2017, 135, 121-129. DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2016.12.001
• 32. Ferna´ndez AI, Haurie L, Formosa J, Chimenos JM, Antunes M, Velasco JI. Characterization of poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) filled with low grade magnesium hydroxide. Polym. Degrad. Stabil. 2008, 94, 57–60.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).