SBIR Phase I: Mesoporous Nanoparticle Flame Retardants

SBIR 第一阶段:介孔纳米颗粒阻燃剂

基本信息

  • 批准号:
    1013281
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-07-01 至 2011-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Innovation Research Phase I project will investigate mesoporous silicate nanoparticles specifically functionalized to act as char-forming fire retardants (FR) for structural plastics. The particles provide substantial improvements over conventional FR agents that are environmentally undesirable (e.g., halogenated hydrocarbons), cost intensive (e.g., molybdenum oxide), toxic (e.g., antimony oxide), cosmetically unattractive (e.g., red phosphorus) or that compromise mechanical properties (e.g., aluminum trihydrate and organoclays). The project provides an understanding of the factors that regulate the catalytic function of the mesophases in forming char, including the compositions of the framework walls, the framework pore structure and pore size distribution, the fundamental size and shape of the nanoparticles and the loading level of the particles in the polymer matrix. The char-forming properties of the mesophases are manifested as a reduction in the peak heat release rate (PHHR) and a longer time to reach PHHR, as determined by cone calorimetry. Unlike other FR agents, mesoporous silicates nanoparticles provide added value by enhancing the mechanical properties of the final composite at low loadings ( 10 wt%). The combination of FR protection, improved mechanical performance, and particle dispersability without the need for organic surface modifiers presage a paradigm shift in polymer additives technology.The broader impact/commercial potential of this project is the development and commercialization of nanoparticles that enhance the properties of structural polymeric materials. The proposed commercialization effort focuses on FR additives for plenum-rated wire and cable applications and high density flexible circuit boards. The global insulated wire and cable market is worth more than $100 billion with plenum-rated cable accounting for approximately 20% of that market. This segment is expected to see global growth of 5% CAGR as new construction demand accelerates. The volume of polymer used for wire and cable insulation in the US in 2008 is estimated to be ~100,000 tons. Thermoplastics constitute the largest market share with polyolefins (polyethylene) representing 41% of the total. The worldwide flexible circuit board market exceeds $7.4 billion and is expected to grow at an annual rate of 13.5%, reaching $16.4 billion in 2014. The current global annual demand for flexible circuits is ~ 39,000 tons. Our nanoparticles are the only materials known to simultaneously provide improved fire retardation, weight reduction, and decreased permeability while enhancing mechanical properties. This combination of properties for polyethylene and polyimide polymers provides a competitive advantage capable of producing $300 million in revenues by 2014.
这个小型企业创新研究阶段I项目将调查介孔硅酸盐纳米颗粒,专门为结构性塑料起作用,以充当形成炭的火势阻燃剂(FR)。这些颗粒比传统的FR代理提供了实质性改进,这些药物在环境上不受欢迎(例如卤代烃),成本密集型(例如,氧化钼),有毒(例如,氧化二抗氧化物),外观上没有吸引力(例如,红色磷酸盐)或构造机械特性(E.g.g.g. e.g.,allumin and a alumin,aligy and a a a a a a a a alumin,该项目提供了对调节中间机催化功能形成CHAR的催化功能的因素,包括框架壁的组成,框架孔结构和孔径分布,纳米颗粒的基本大小和形状以及聚合物矩阵中颗粒的颗粒的加载水平。 通过锥量热法确定,中间酶的炭形成性能表现为峰值热释放速率(PHHR)的降低和更长的时间到达PHHR。与其他FR剂不同,介孔硅酸盐纳米颗粒通过在低负载(10 wt%)下增强最终复合材料的机械性能来提供附加值。 FR保护,改进的机械性能和颗粒分散性的结合而无需有机表面修饰符预示聚合物添加剂技术的范式转移。该项目的更广泛的影响/商业潜力是纳米颗粒的开发和商业化,从而增强结构聚合物材料的性质。拟议的商业化工作集中于全体电线和电缆应用以及高密度柔性电路板的FR添加剂。 全球绝缘电线和电缆市场的价值超过1000亿美元,而全体会议电缆占该市场的20%。 随着新建筑需求的加速,预计该细分市场将看到全球5%的复合年增长率。 2008年在美国,用于电线和电缆绝缘的聚合物量估计约为100,000吨。热塑性塑料构成了占总数的41%的聚烯烃(聚乙烯)最大的市场份额。 全球灵活的电路板市场超过74亿美元,预计以13.5%的年率增长,2014年达到164亿美元。当前全球对弹性电路的年度需求约为39,000吨。 我们的纳米颗粒是唯一已知的材料,可以同时提供改善的火势,减轻体重和渗透性降低,同时增强机械性能。聚乙烯和聚酰亚胺聚合物的这种特性的组合提供了竞争优势,能够到2014年产生3亿美元的收入。

项目成果

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