Solid‐state NMR characterization of multi‐component intumescent flame retardant polybutylene succinate formulations
Résumé
In this work, a series of multi-component intumescent PBS formulations were elaborated by the combination of intumescent flame retardant (IFR) system (consisting of ethylenediamine phosphate and melamine poly(aluminum phosphate), 7:3, wt:wt) and synergists. Three boron/zinc-containing compounds (i.e., melamine borate, zinc oxide, zinc carbonate) were examined as potential synergists to improve the fire behavior and fire retardancy of PBS. The MLC results showed that the incorporation of all of these compounds enhanced the fire retardancy of PBS to some extent. Among them, zinc oxide exhibited the best fire retardant performances in terms of reduction of the peak heat release rate (pHRR, 61%), fire growth rate index (FIGRA, 19%), maxi- mum average rate of heat emission (MARHE, 55%), and increase of the time to pHRR (+370 s) and to flameout (+650 s) as compared to PBS/IFR10%. Furthermore, the effect of zinc oxide loading on the fire retardancy of PBS was also investigated, the results showed that 2 wt.% loading exhibited the best performances. Solid-state NMR characterization indicated that the presence of ZnO resulted in the formation of a crack-free and dense intumescent char layer reinforced by complex aluminum- zinc-phosphates glassy species. The intumescent char layer provided a protective physical barrier with improved flexibility and cohesion, which effectively limits the heat and mass transfer between condensed and gas phases and hence, improving the fire retardancy of PBS.
Dans ce travail, une série de formulations de PBS intumescents multicomposants ont été élaborées en combinant un système de retardateur de flamme intumescent (IFR) (composé de phosphate d'éthylènediamine et de poly(phosphate d'aluminium) de mélamine, 7:3, wt:wt) et des synergistes. Trois composés contenant du bore et du zinc (borate de mélamine, oxyde de zinc, carbonate de zinc) ont été examinés en tant que synergistes potentiels pour améliorer le comportement au feu et l'ignifugation du PBS. Les résultats de la CLM ont montré que l'incorporation de tous ces composés améliorait dans une certaine mesure l'ignifugation du PBS. Parmi eux, l'oxyde de zinc a présenté les meilleures performances ignifuges en termes de réduction du taux maximal de dégagement de chaleur (pHRR, 61 %), de l'indice de croissance de l'incendie (FIGRA, 19 %), du taux moyen maximal d'émission de chaleur (MARHE, 55 %) et de l'augmentation du temps jusqu'au pHRR (+370 s) et jusqu'à l'extinction de la flamme (+650 s) par rapport au PBS/IFR10 %. En outre, l'effet de la charge d'oxyde de zinc sur l'ignifugation du PBS a également été étudié, les résultats montrant que la charge de 2 % en poids présentait les meilleures performances. La caractérisation par RMN à l'état solide a indiqué que la présence de ZnO entraînait la formation d'une couche de charbon intumescente dense et sans fissures, renforcée par des espèces vitreuses complexes de phosphates d'aluminium et de zinc. La couche de charbon intumescent a fourni une barrière physique protectrice avec une flexibilité et une cohésion améliorées, ce qui limite efficacement le transfert de chaleur et de masse entre les phases condensées et gazeuses et améliore donc le pouvoir ignifuge du PBS.