Ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον επιβραδυντών καύσης για πολυπροπυλένιο

Κουτσιουρούμπα, Ελένη; Koutsiouroumpa, Eleni

dc.contributor.author	Κουτσιουρούμπα, Ελένη	el
dc.contributor.author	Koutsiouroumpa, Eleni	en
dc.date.accessioned	2023-01-23T11:17:23Z
dc.date.available	2023-01-23T11:17:23Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56831
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24529
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυπροπυλένιο	el
dc.subject	Polypropylene	en
dc.subject	Επιβραδυντές καύσης	el
dc.subject	Διογκούμενα συστήματα επιβραδυντών καύσης	el
dc.subject	Αλκοξυαμίνες	el
dc.subject	Flame Retardants	en
dc.subject	Intumescent Flame retardants	en
dc.subject	Alkoxyamines	en
dc.title	Ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον επιβραδυντών καύσης για πολυπροπυλένιο	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09-30
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο έρευνας του Εργαστηρίου Τεχνολογίας Πολυμερών,με στόχο τη σταθεροποίηση του πολυπροπυλενίου έναντι της καύσης, χρησιμοποιώντας ως επιβραδυντές καύσης, φιλικά προς το περιβάλλον πρόσθετα (ελεύθερα αλογόνων). Η ενίσχυση της πυρανθεκτικότητας, με αντίστοιχα πρόσθετα, αποτελεί ακμάζουσα τεχνολογία για το πολυπροπυλένιο, το οποίο αφενός είναι πολύ εύφλεκτο υλικό, και αφετέρου χρησιμοποιείται ευρέως στον κατασκευαστικό κλάδο, σε εφαρμογές όπως σωληνώσεις, καλώδια, ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά δίκτυα, μονώσεις κ.α. Στην παρούσα διπλωματική, εξετάζεται η αναζήτηση και ενσωμάτωση κατάλληλων επιβραδυντών καύσης (flame retardants, FRs) καθώς και η μελέτη της επίδρασης των προσθέτων αυτών στη θερμική γήρανση του ΡΡ. Στόχος είναι η εύρεση κατάλληλης σύστασης επιβραδυντών καύσης που να έχει πρακτική εφαρμογή στην παραγωγή σωλήνων προστασίας καλωδίων (conduits). Το πολυπροπυλένιο (PP) ανήκει στην κατηγορία των πολυολεφινών και είναι ένα εύφλεκτο υλικό, καθώς η δομή του συνίσταται από άτομα άνθρακα και υδρογόνου, τα οποία αποτελούν πηγή καυσίμου για την έναρξη και την εξάπλωση της φωτιάς, θέτοντας σε κίνδυνο την ανθρώπινη ζωή και περιουσία. Για την ενίσχυση της πυρανθεκτικότητάς τους, ενσωματώνονται σε αυτό πρόσθετα, οι λεγόμενοι «επιβραδυντές καύσης», που σκοπό έχουν τη μείωση της ευφλεκτηκότητας του πολυμερούς, επεμβαίνοντας με χημικό ή φυσικό τρόπο στη διεργασία της καύσης. Ως προς τους επιβραδυντές καύσης, εξετάστηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία διογκούμενα συστήματα FRs (intumescent flame retardants, IFRs) και αλκοξυαμίνες. Τα IFRs περιλαμβάνουν μια όξινη πηγή (π.χ. φωσφορικό οξύ), που με την επίδραση της θερμότητας, αφυδατώνει μια ανθρακούχο ένωση (π.χ. πολυόλη), σχηματίζοντας μια απανθρακωμένη στοιβάδα, η οποία στη συνέχεια διαστέλλεται από ένα μέσο διόγκωσης (π.χ. αμμωνία). Το διογκωμένο αυτό απανθράκωμα δρα ως φυσικό εμπόδιο στην μεταφορά θερμότητας και μάζας από την πολυμερική μήτρα στην αέρια φάση, και αντίστροφα, εμποδίζοντας, έτσι, την αυτοσυντηρούμενη καύση. Επιπλέον, οι αλκοξυαμίνες παράγουν ελεύθερες ρίζες, οι οποίες παρεμποδίζουν τις οξειδωτικές δράσεις στην αέρια φάση. Στο πλαίσιο της εργασίας, αναπτύχθηκαν τρεις (3) συστάσεις (formulations) πυρανθεκτικού πολυπροπυλενίου. Η συμπεριφορά των διαφορετικών δειγμάτων μελετήθηκε με μία πλήρη σειρά χαρακ- τηρισμών. Υπολογίζεται ο ρυθμός ροής τήγματος (MFR) μετά την προσθήκη των επιβραδυντών καύσης, πραγματοποιείται προσδιορισμός των θερμικών ιδιοτήτων μέσω της θερμο-σταθμικής ανάλυσης (TGA) και της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC), των μηχανικών ιδιοτήτων και τέλος τα υλικά αυτά κατηγοριοποιούνται με βάση τη δοκιμή ευφλεκτότητας UL94V σε πλήρως ή μη αυτοσβενoύμενα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη της θερμικής γήρανσης των συστάσεων αυτών σε δύο θερμοκρασίες (110°C και 150°C) ώστε να διαπιστωθεί η αντοχή τους σε ακραίες συνθήκες και η επίδραση της παρουσίας των προσθέτων σε σχέση με το αρχικό ΡΡ. Η εξέλιξη της γήρανσης καταγράφηκε μέσω αλλαγών στις μηχανικές ιδιότητες και στην πυρανθεκτικότητα των υλικών. Για το χρονικό διάστημα της μελέτης, παρατηρήθηκε ότι δεν άντεξαν όλα τα υλικά στους 150°C καθώς οι συνθήκες ήταν πολύ ακραίες. Από την άλλη, στους 110°C δεν παρατηρούνται σημαντικές μεταβολές στις μηχανικές ιδιότητες των συστάσεων, αλλά υπάρχει μία αλλαγή στην κατάταξη πυρανθεκτικότητας. Οι αλλαγές που παρατηρήθηκαν στις μηχανικές ιδιότητες όσο και στην πυρανθεκτικότητα των προς εξέταση συστάσεων δείχνουν ότι στις περισσότερες περιπτώσεις είναι απαραίτητη η ενσωμάτωση επιπλέον προσθέτων ακτινοβολίας/θερμότητας, τα οποία θα παρα-τείνουν το χρόνο ζωής των υλικών αυτών.	el
heal.abstract	This diploma thesis was carried out as part of a research project by the Laboratory of Polymer Technology in the National Technical University of Athens (NTUA), aiming at the simultaneous stabilization of polypropylene against combustion and radiation heat. Flammability enhancing was achieved by using environmentally friendly additives (free halogen), is a cutting-edge technology for polymers, since they are highly flammable materials and widely used in the construction industry in applications such as pipes, cables, electrical and electronic networks, insulation etc. In the following research will be presented the integration of three (3) flame retardants (FRs) in polymers, as well as the study of thermal ageing of those samples after the integration. The aim of this study is to find the optimal flame retardant formulation that has practical application in the production of cable protection pipes (conduits). Polypropylene (PP) that belongs in the polyolefins group, is very flammable polymer, since its structure consists of carbon and hydrogen atoms, that is dangerous to destroy human property in case of fire. In order to enhance their fire resistance additives, called "flame retardants", are incorporated into them so as to reduce the flammability of the polymer by interfering with chemical or physical way in the combustion process. In this project, intumescent flame retardants (IFRs) and alkoxyamines were examined, as flame retardants. IFRs consist of an acid source (e.g. phosphoric acid), that dehydrates a carbon source (e.g polyol), forming a charred layer which is then expanded by a blowing agent (e.g. ammonia). This carbon foam acts as a physical barrier against heat and mass transport phenomena between the solid and the gas phase, thus inhibiting self-sustained combustion. Alkoxyamines produce free roots, that prevent oxidative reactions in the gas phase. The aforementioned additives are used in the formation of three (3) different flame- retardant (FR) formulations. The samples are subjected to a complete set of characterizations. Melt flow rate (MFR) is calculated after adding the flame retardants, thermal properties are determined by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), mechanical properties (tensile and impact tests) and finally these materials are categorized based on the UL94 flammability test, as self-extinguishing or not. Finally, accelerated oven ageing of those formulations was studied in two temperatures (110°C and 150°C), so that the reference materials are compared to the stabilized ones in the next stages of research. The ageing process was monitored by the changes in the materials mechanical properties and its flammability. During the study, not all samples managed to retain their mechanical properties at 150°C, while at 110°C no significant changes are observed regarding tensile strength and modulus Young. Changes in the flammability properties of the FR formulations were also observed. Both properties verify that most of the formulations require additional UV/heat stabilizers so as to increase their life time performance.	en
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.committeeMemberName	Τζαμτζής, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	118 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false