Development and characterization of fire-retardant polyurethane foams

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Manhique, Jocyla
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/26586
Resumo: Mestrado em IPB-ESTG
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spelling Development and characterization of fire-retardant polyurethane foamsEspumas de poliuretanoEspumas rígidas de poliuretanoRetardante de chamaResistência ao fogoReação ao fogoDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia QuímicaMestrado em IPB-ESTGEste trabalho teve como objetivo produzir espumas rígidas de poliuretano (RPUF) aditivadas com agentes ignífugos para serem aplicadas na parte interna de portas, visando um comportamento melhorado contra o fogo. Foram realizados procedimentos experimentais com formulações de espumas de poliuretano à base de um pré-polímero de poliuretano com grupos terminais isocianato e um poliol de base poliéster. Tendo como referência um trabalho do grupo sobre espumas rígidas de poliuretano foi levado a cabo o desenvolvimento de uma formulação, tentando uma primeira otimização das condições de sínteses, visando uma estrutura física e perfil de densidade específicos. Numa primeira fase, definiu-se uma formulação de RPUF base analisando a concentração de isocianato, a velocidade de agitação, a natureza e conteúdo do agente de expansão e a temperatura de cura das espumas. A formulação base foi posteriormente aditivada com agentes retardantes à chama, nomeadamente polifosfato de amónio (APP) e grafite expansível (EG) e foram caracterizadas através de analises fisicoquímicas, densidade aparente, morfologia, estabilidade térmica e propriedades de resistência ao fogo. O melhor desempenho químico e físico foi obtido com o agente de expansão físico n-pentano, pois a espuma apresentou densidade baixa e uma melhor estrutura física. A introdução de partículas de EG e APP na síntese de RPUF não modificou a estrutura química da espuma, obtendo-se inclusive, valores de densidade relativamente baixos de acordo com o que era esperado na literatura. As análises termigravimétricas (TGA) evidenciou um processo de degradação em 2 etapas e não foi encontrado um grande impacto na degradação térmica, possivelmente devido às baixas quantidades de agente retardante chama nas espumas. Os testes de calorímetro de cone mostraram que a presença de EG diminuiu o pico de taxa de liberação de calor (pHRR), sendo este aditivo o mais eficaz em quase todos os parâmetros estudados, incluindo o tempo de extinção. Em síntese, o desempenho retardador de chama mais promissor foi obtido para espuma contendo EG.This work aimed to produce rigid polyurethane foams (RPUF) added with fire retardant agents to be applied as the internal part of doors envisaging enhanced behavior against fire. Experimental procedures were performed with polyurethane foam formulations based on an isocyanate-terminated polyurethane prepolymer and a polyester polyol. Taking a previous work of the group as a reference, the formulation and the synthesis conditions were optimized to obtain a sample's specific physical structure and density profile. An optimized base RPUF formulation was defined after analyzing the isocyanate concentration, the stirring speed, the bowling agent nature and content, the density, and the curing temperature in the foams. The base formulation was also added with fire retardant agents, namely ammonium polyphosphate (APP) and expandable graphite (EG), and characterized through physicochemical analysis, apparent density, morphology, thermal stability, and fire resistance properties. The most promising chemical and physical performance was obtained with the physical blowing agent n-pentane, as it presented low density and a more stable structure. The introduction of EG and APP particles in the synthesis of RPUFs did not change the chemical structure of the foams, even obtaining relatively low-density values according to the expected lightness to be brought in the final formulations. The thermogravimetric analysis (TGA) analysis evidenced a 2-step degradation process, and no significant impact on thermal degradation was found due to the low amounts of flame retardant in the foams. Cone calorimeter tests showed that EG decreased heat release rate peak (pHRR), with EG being the most effective additive in almost all the studied parameters, including time of flameout. Therefore, the most promising flame-retardant performance was obtained for the foam containing EG.Barreiro, M.F.Mesquita, L.M.R.Santamaria-Echart, ArantzazuBiblioteca Digital do IPBManhique, Jocyla2024-01-18T01:30:16Z20222022-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/26586TID:203179595enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-01-24T01:19:02Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/26586Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:17:03.781685Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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