Odată cu înăsprirea reglementărilor globale de mediu și aprofundarea conceptelor de dezvoltare durabilă,ignifuge fără halogeniau devenit alegerea principală pentru modificarea ignifugă a materialelor polimerice. În comparație cu ignifugenții halogenați tradiționali, sistemele fără halogen produc mai puțin fum și gaze corozive în timpul arderii și nu produc substanțe toxice asemănătoare dioxinei. Cu toate acestea, diferiți agenți de ignifugare fără halogen, cum ar fi pe bază de fosfor, pe bază de azot, hidroxizi metalici și tipul de expansiune au proprietăți diferite pe piață. Cum să alegeți științific pe baza sistemelor materiale și a scenariilor de aplicare a devenit o problemă cheie cu care se confruntă tehnicienii. Acest articol va analiza logica de selecție a retardanților de flacără fără halogeni din mai multe dimensiuni.
Ignifugenții fără halogeni funcționează în principal prin două moduri: retardanții de flacără în fază gazoasă se descompun pentru a produce gaze necombustibile (cum ar fi azotul și vaporii de apă) care diluează oxigenul și gazele combustibile; Ignifugul în fază condensată formează un strat de carbon pe suprafața materialului, izolând transferul de căldură și oxigen. Ignifugenții pe bază de fosfor (cum ar fi esterii de fosfat și polifosfatul de amoniu) acționează în principal în faza condensată, în timp ce ignifugenții pe bază de azot (cum ar fi melamina și derivații săi) acționează mai mult prin faza gazoasă. Înțelegerea acestei diferențe fundamentale este primul pas în a face o alegere.
Un singur retardant de flacără nu reușește adesea să obțină efectul dorit. Sistemul sinergic cu azot fosforic este cea mai clasică combinație, în care polifosfatul de amoniu (sursă de acid) este utilizat în combinație cu melamină (sursă de gaz) pentru a forma un strat dens de carbon expandat, îmbunătățind semnificativ eficiența ignifugei. Hidroxizii metalici (hidroxid de aluminiu, hidroxid de magneziu) necesită o cantitate mare de adaos (de obicei 50-60%), dar dacă sunt combinați cu o cantitate mică de agenți sinergiști precum organosiliciu și borat de zinc, cantitatea de adăugare poate fi redusă și proprietățile mecanice pot fi îmbunătățite.
Polimerii polari (cum ar fi PA și PBT) au o bună compatibilitate cu retardanții polari de flacără (cum ar fi pe bază de fosfor) și pot fi combinați prin legături chimice sau de hidrogen, cu dispersie uniformă și impact minim asupra proprietăților mecanice. Poliolefinele nepolare (PP, PE) sunt mai potrivite pentru utilizarea hidroxizilor metalici modificați la suprafață sau a ignifugelor microîncapsulate pentru a îmbunătăți legătura interfacială.
Stabilitatea termică este un indicator tehnic cheie.Hidroxid de aluminiuîncepe să se descompună peste 200 ℃, deci nu este potrivit pentru prelucrarea materialelor plastice de inginerie cu temperaturi care depășesc 200 ℃. Pentru materiale precum PBT și PA6 cu temperaturi de procesare cuprinse între 240-280 ℃, ar trebui să fie selectați retardanții de flacără pe bază de fosfor cu stabilitate termică ridicată (cum ar fi hipofosfații) sau hidroxid de magneziu acoperit cu suprafață.
Produsele transparente (cum ar fi PC, PMMA) trebuie să aleagă retardanți de flacără cu potrivire a indicelui de refracție. Ignifugenții organici cu silicon au un impact relativ mic asupra transparenței, în timp ce hidroxizii metalici pot provoca o atomizare severă. Controlul dimensiunii particulelor este esențial, iar dispersiile ignifuge la nivel submicron pot minimiza împrăștierea luminii în cea mai mare măsură posibilă.
Indexul de limitare a oxigenului (LOI) și testul de calorimetrie conică sunt metodele de bază de evaluare. Cu cât valoarea LOI este mai mare, cu atât materialul este mai dificil de a arde în aer (în general >28% este considerat ignifug). Calorimetrul cu con poate obține parametri cinetici, cum ar fi rata de eliberare a căldurii de vârf (pHRR) și rata totală de eliberare a căldurii (THR), reflectând științific performanța în scenariile reale de incendiu.
Adăugarea de retardanți de flacără afectează inevitabil proprietățile mecanice. Tehnicile de modificare a suprafeței, cum ar fi agenții de cuplare cu silan și tratamentul cu ester al acidului de titan, pot îmbunătăți legătura interfacială; Optimizarea dimensiunii particulelor (1-5 μm este optim) și controlul morfologiei (hidroxidul de magneziu sub formă de foiță este superior celui cubic) pot reduce punctele de concentrare a stresului. Sugerați să utilizați modele experimentale, cum ar fi metoda Taguchi, pentru a optimiza raportul dintre retardanții de flacără, agenți de întărire și lubrifianți.
Rata de reținere a rezistenței la flacără după îmbătrânirea la căldură umedă (85 ℃/85% RH) și îmbătrânirea UV este cheia aplicării practice. Unii esteri fosfatici ignifuganți prezintă un risc de hidroliză și necesită microîncapsulare sau modificarea structurii moleculare (introducerea inelelor aromatice) pentru a spori durabilitatea.
Hidroxizii dubli stratificati (LDH), montmorillonitul și alte nanomateriale pot reduce semnificativ rata de eliberare a căldurii atunci când sunt adăugați într-o cantitate de 3-5% și au un efect redus asupra proprietăților mecanice, dar problema dispersiei trebuie rezolvată. Nanotuburile de carbon/grafenul pot forma un strat de carbon de rețea tridimensional, care este o nouă direcție pentru suprimarea eficientă a fumului și ignifugare.
Ignifugenții derivați din biomasă, cum ar fi acidul fitic, amidonul și lignina, devin treptat practici. Aceste materiale au un conținut ridicat de carbon, proprietăți bune de carbonizare și sunt conforme cu conceptul de economie circulară. Deși eficiența trebuie încă îmbunătățită, acestea au început să fie aplicate în domenii cu cerințe de mediu extrem de ridicate.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei de simulare a materialelor (dinamica moleculară, predicție de învățare automată), selecția de ignifugă se trece de la încercare empitică și eroare la proiectare rațională. În viitor, sistemele inteligente ignifuge care combină eficiență ridicată, toxicitate scăzută și funcții multiple (suprimarea fumului, anti-picurare și îmbunătățire) vor deveni un obiectiv de cercetare și dezvoltare, iar o înțelegere profundă a interacțiunii dintre materiale, retardanții de flacără și procese va fi întotdeauna piatra de temelie tehnologică pentru a face cele mai bune alegeri.
