Desenvolvimento de compósitos retardantes de chama de polipropileno e lignosulfonato modificado com zircônio - Tosin, Keiti Gilioli (My University, 2024)
Conventional flame retardant composites are generally made with toxic chemicals that can release hazardous gases when burned, such as halogenated compounds. In contrast, flame retardant additives from renewable sources are capable of effectively resisting flames, making them a safer and more sustainable alternative. Materials based on polypropylene (PP) and sodium lignosulfonate (LG) were synthesized with zirconium oxide and phosphate (ZrO2, ZrP), and the additives ammonium phosphate (AP), ammonium polyphosphate (APP), and sulfonol (SULF) were evaluated as potential flame retardants in polymeric materials. The contents of the additives that showed the best results were then modified, and the modified lignosulfonate (LGMod), obtained through the magnetron sputtering technique, was incorporated. The materials were processed in a torque rheometer followed by compression molding. The synthesized samples were characterized by Field Emission Scanning Electron Microscopy (FEG-SEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), Thermal Camera, UL-94 Vertical Burn Test, as well as their mechanical properties evaluated. The LGMod was investigated by EDS, where the incorporation of zirconium into the lignosulfonate was confirmed. The presence of the additives in the polypropylene matrix was proven by SEM. Through TGA, it was analyzed that the materials with lower combustion and ignition indices also performed better in the vertical burn test. It is noteworthy that the PP/18AP, PP/25AP, PP/25AP/3LG/5ZrP, PP/25AP/8LGMod, and PP/15SULF/8LG/5ZrO2 composites achieved V2 classification in the UL-94 test. As analyzed by the thermal camera, PP/25AP showed a smaller temperature variation and rapid flame extinction, with a mass loss of 3.27% after burning. Furthermore, LGMod contributed to self-extinguishing the flames approximately 78% faster than ZrP. In terms of mechanical properties, the composites showed lower impact and flexural strength compared to pure polypropylene but presented a higher flexural modulus and elasticity. [resumo fornecido pelo autor]
Os compósitos retardantes de chama convencionais são geralmente feitos com substâncias químicas tóxicas que podem liberar gases perigosos quando entram em combustão, como compostos halogenados. Em contrapartida, os aditivos retardantes de chama provenientes de fontes renováveis são capazes de resistir às chamas de forma eficaz, tornando-se uma alternativa mais segura e sustentável. Foram sintetizados materiais baseados em polipropileno (PP) e lignosulfonato de sódio (LG) com óxido e fosfato de zircônio (ZrO2, ZrP), além de avaliados os aditivos fosfato de amônio (AP), polifosfato de amônio (APP) e sulfonol (SULF) como potenciais retardadores de chama em materiais poliméricos. Então, foram modificados os teores dos aditivos que apresentaram os melhores resultados e inserido o lignosulfonato modificado (LGMod), obtido através da técnica de magnetron sputtering. O processamento dos materiais foi realizado em um reômetro de torque seguido de moldagem por compressão. As amostras sintetizadas foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura de Emissão de Campo (MEV-FEG), Análise Termogravimétrica (TGA), Câmera Térmica, Teste de Queima Vertical UL-94, além de avaliadas suas propriedades mecânicas. O LGMod foi investigado pelo EDS, onde foi constatada a incorporação do zircônio no lignosulfonato. Foi comprovado por MEV a presença dos aditivos na matriz de polipropileno. Através do TGA foram analisados que os materiais com menores índices de combustão e de ignição também apresentaram desempenho superior no teste de queima vertical. Destaca-se que os compósitos PP/18AP, PP/25AP, PP/25AP/3LG/5ZrP, PP/25AP/8LGMod e PP/15SULF/8LG/5ZrO2 obtiveram a classificação V2 na UL-94. Conforme analisado pela câmera térmica, o PP/25AP apresentou uma menor variação de temperatura e rápida extinção das chamas, tendo uma perda de massa de 3,27% após a queima. Além disso, o LGMod contribuiu para a auto-extinção das chamas aproximadamente 78% mais rápido do que o ZrP. Em termos de propriedades mecânicas, os compósitos mostraram menor resistência ao impacto e flexão em comparação com o polipropileno puro, mas apresentaram um módulo de flexão e elasticidade e mais alto. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Polímeros resistentes ao fogo; Lignosulfonatos; Polipropileno; Pulverização catódica; Zircônio; Fire resistant polymers; Lignosulfonates; Polypropylene; Magnetron sputtering; Zirconium