کاربرد نانو ذرات کلسیم تترا بورات و باریم تترابورات به عنوان بازدارنده شعله در تهیه نانوکامپوزیت الیاف پلی استری مقاوم به شعله

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

در این پژوهش، نانوکامپوزیت‌های پلیمری مقاوم به شعله با الیاف پلی استر و نانو مواد معدنی به منظور بررسی کاهش اشتعال پذیری تهیه شدند. نانو کلسیم تترا بورات و نانو باریم تترا بورات با روش رسوب دهی بر روی الیاف پلی استری (پلی اتیلن ترفتالات) جهت تهیه نانوکامپوزیت‌ سنتز گردید. نمونه ها با استفاده از روش هایی از قبیل پراش اشعه ایکس ((XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی ((SEM طیف سنجی پراکندگی انرژی ((EDS، طیف سنجی زیر قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، تست اشتعال پذیری عمودی، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) و گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مشخصه یابی شدند. نانو مواد معدنی سنتز شده با اندازه کمتر از 100 نانومتر بدون تشکیل ذرات تجمع یافته به خوبی در سراسر ماتریس الیاف پلیمری پراکنده شده که خواص بازدارندگی شعله کارآمدی را ایجاد نمودند. مقادیر بهینه برای اعطای بازدارندگی شعله کلسیم تترا بورات و باریم تترا بورات به ترتیب 02/8 و 50/9 درصد به دست آمد. عملکرد بازدارندگی شعله نانوکامپوزیت بدست آمده به وسیله تست شعله عمودی71 -FF DOC مورد آزمایش قرار گرفت. آنالیز TGA/DTG و DSC الیاف خالص و نانوکامپوزیت‌ تهیه شده انجام شد و ترموگرام آنها مقایسه و تفسیر شدند. نتایج نشان می دهد که مکانیسم بازدارندگی شعله نانو مواد تهیه شده با توجه به تشکیل یک لایه نیم سوز محافظتی احتمالاً یک پدیده فاز متراکم است که به عنوان یک مانع انتقال جرم و یک عایق حرارتی عمل می کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of calcium tetra borate and barium tetra borate nanoparticles as flame retardant in the preparation of flame resistant polyester fiber nanocomposite

نویسندگان [English]

  • Shohreh Fakoori Nav
  • Hadi Fallah Moafi
Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Guilan,Rasht, Iran
چکیده [English]

In this research, flame retardant polymer-nanocomposites with polyester fibers and inorganic nano materials were prepared to investigate the reduction of flammability. Nano calcium tetraborate (CaB4O7) and Nano barium tetraborate (BaB4O7) were synthesized by precipitation method onto polyester fibers to achieve flame retardant fiber nanocomposite. The prepared fiber nanocomposites were characterized by several techniques such as x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), vertical flammability test, thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). The CaB4O7 and BaB4O7 with less than 100 nm in size, was found to be well-dispersed throughout the matrix without the formation of large aggregates which is showed efficient flame-retardancy properties. The optimum values for donation of flame-retardancy were obtained 8.02 and 9.5% for calcium tetra borate and barium tetra borate, respectively. TGA/DTG and DSC analysis of pure, treated fibers was accomplished and their thermograms were compared and commented. The results show that the flame retardancy mechanism of obtained flame retardant coated fiber is a condensed-phase phenomenon due to the formation of a protective char layer that acts as a mass transport barrier and a thermal insulator.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flame-retardancy
  • Coating theory
  • Combustibility
  • flame retardant polymer-nanocomposites
  • Nano CaB4O7
  • Nano BaB4O7
 
[1] Y. Gao, J. Wu, Q. Wang, C. A. Wilkie, D. O’Hare, Journal of Materials Chemistry A. 2, (2014) 10996.
[2] A. B. Morgan , C. A. Wilkie, Flame retardant polymer nanocomposites, Wiley-Interscience, (2007).
[3] H. F. Moafi, A. F. Shojaie, M. A. Zanjanchi, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 104, (2011)  717.
[4] V. Rajendran, N. R. Dhineshbabu, R. Rajesh Kanna, Karan V. I. S. Kaler, Industrial & Engineering Chemistry Research. 53, (2014) 19512.
[5] Q. Y. Charles, H. Qingliang, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 91, (2011) 125.
[6] J. Z. Liang, J. Q. Feng, C. P. Tsui, C. Y. Tang, D. F. Liu, S. D. Zhang, W.F. Huang, Composites: Part B., 71, (2015) 74.
[7] J. Alongi, C. Colleoni, G. Rosace, G. Malucelli,  Polymer Degradation and Stability. 98, (2013) 579. 
[8] E. Guido, J. Alongi, C. Colleoni, A. Di Blasio, F. Carosio, M. Verelst, G. Malucelli, G. Rosace, Polymer Degradation and Stability. 98, (2013) 1609.
[9] J. Zhang, Q. Ji, P. Zhang, Y.Xia, Q.Kong, Polymer Degradation and Stability. 95, (2010) 1211.
[10] M. Hesami, R. Bagheri, M. Masoomi, Polymerization. 2, (2013) 49.
[11] Horn, W. E. Inorganic hydroxides and hydroxycarbonates: their function and use as flame-retardant additives. Fire Retardancy of Polymeric Materials, (2000) New York.
[12] Y. Yang, M. Niu, J. Li, B. Xue, J Dai, Polymer Degradation and Stability. 134, (2016) 1.
[13] F. Carosio, G. Laufer, J. Alongi, G. Camino, J. C. Grunlan, Polymer Degradation and Stability. 96, (2011) 745.
[14] L. J. Lee, C. Zeng, X. Cao, X. Han, J. Shen, & G. Xu, Composites Science and Technology. 65, (2005) 2344.
[15] M. Fereidoonnia, M. Barmar, M. Barikani, Polymer-Plastics Technology and Engineering. 48, (2008) 90.
[16] J. W. Gilman, Applied Clay Science. 15, 1999 31.
[17 ] S. Bourbigot, D. L. VanderHart, J. W. Gilman, S. Bellayer, H. Stretz, D. L. Paul, Polymer. 45, (2004) 7627.
[18] L. Song, Y. Hu, Y. Tang, R. Zhang, Z. Chena. W. Fa, Polymer Degradation and Stability. 87, (2005) 111.
[19] A. Laachachi, E. Leroy, M. Cochez, M. Ferriol, J. M. Lopez Cuesta, Polymer Degradation and Stability. 89, (2005) 344.
[20] T. Kashiwagi, A. B. Morgan, J. M. Antonucci, M. R. VanLandingham, R. H. Harris, Jr., W. H. Awad, J. R. Shields, Journal of Applied Polymer Science. 89, (2003) 2072.
[21] L. Wang, X. He, H. Lu, J. Feng, X. Xie, S. Su, C. A. Wilkie, Polymers for Advanced Technologies. 22, (2011) 1131.
[22]  T. Kashiwagi, F. Du, K. I. Winey, K. M. Groth, J. R. Shields, S. P. Bellayer, H. Kim, J. F. Douglas, Polymer. 46, (2005) 471.
[23] P. Jash, C. A. Wilkie, Polymer Degradation and Stability. 88, (2005) 401.
[24] H. F. Moafi, A. F. Shojaie,  M. A. Zanjanchi, Chinese Journal of Chemistry. 29, (2011) 1239.
[25] S. M. Mostashari, H. F. Moafi, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 93, (2008) 589.
[26] Manam, J, S. K. Sharma, Semiconductor Physics Quantum Electronics and Optoelectronics. 6, (2003) 465.
[27] J. Manam, S. K. Sharma, Journal of Materials Science. 39, (2004) 6203.
[28] B. J. Holland, J. N. Hay, Polymer. 43, (2002) 1835.
[29] F. Laoutid, L. Ferry, J. M. Lopez-Cuesta, A. Crespy, Polymer Degradation and Stability. 82, (2003) 357.
[30] B. J. Holland, J. N. Hay, Polymer. 43, (2002) 1835.
[31] Z. E. Jolles, G. I. Jolles, Some notes on flame-retardant mechanisms in polymers. Plastics and Polymers, 40, (1972) 319.
[32] A. L. Higginbotham, J. R. Lomeda, A. B. Morgan, J. M. Tour, ACS Applied Materials & Interfaces, 1, (2009) 2256.