Combination effect of zinc borate in intumescent polybutylene succinate systems: Study of the carbonaceous structures using solid-state NMR

Abstract

Inspirée par le concept d'intumescence, cette recherche a proposé et illustré une stratégie de renforcement des structures carbonées pour améliorer l'ignifugation du polybutylène succinate (PBS) intumescent. Des formulations de PBS intumescent ont été fabriquées en incorporant du phosphate d'éthylènediamine (EDAP) et de la mélamine (MEL) ou du cyanurate de mélamine (MCA) ainsi que du borate de zinc (ZnB) dans le PBS à une charge relativement faible (10 % en poids). La réaction au feu des formulations de PBS a été évaluée par calorimètre à perte de masse (MLC) et le mécanisme de renforcement de la phase condensée a été étudié par la technique de RMN à l'état solide. Comparée au PBS/EDAP&MEL(5:1,10%) et au PBS/EDAP&MCA(5:1,10%), la combinaison synergique de ZnB et d'EDAP&MEL (ou d'EDAP&MCA) a réduit de manière significative le pic du taux de dégagement de chaleur (pHRR) du PBS/EDAP&MEL(5 : 1,8 %)/ZnB(2 %) et du PBS/EDAP&MCA (5:1,8 %)/ZnB(2 %) de 61 % et 53 %, respectivement, montrant des degrés élevés d'intumescence. Parallèlement, l'indice de croissance de l'incendie (FIGRA) a été réduit de 48,8 % et 39,5 %, respectivement, et le taux moyen maximal d'émission de chaleur (MARHE) a diminué de 47,9 % et 53,3 %, respectivement. En outre, le temps d'extinction de la flamme a augmenté de 428 s (de 507 à 935 s) et de 444 s (de 509 à 954 s), respectivement. Ces phénomènes suggèrent un effet synergique de retardateur de flamme du ZnB et des additifs intumescents sur le PBS. La RMN à l'état solide des 11B, 13C et 31P de la partie supérieure et inférieure des chars après le test MLC a démontré le renforcement du charbon protecteur par la formation de borophosphate et d'autres verres de phosphate, limitant la fissuration et augmentant la cohésion du charbon.