Aplikácia spomaľovačov horenia v plastových výrobkoch

Spomaľovače horenia sú kľúčovými prísadami pre bezpečnostnú ochranu plastových výrobkov. Inhibíciou reťazovej reakcie horenia, vytvorením bariérovej vrstvy alebo riedením horľavých plynov znižujú horľavosť plastov, spomaľujú šírenie plameňov a znižujú uvoľňovanie dymu a toxických plynov. Samotné plasty sú väčšinou horľavé materiály (ako napríklad PE a PP s kyslíkovým indexom iba 17 – 19). Pridanie spomaľovačov horenia môže zvýšiť kyslíkový index na 26 alebo viac a dokonca dosiahnuť nehorľavú úroveň. Sú široko vhodné pre elektroniku, stavebníctvo, automobilový priemysel, domáce spotrebiče a iné scenáre. Podľa mechanizmu ich účinku ich možno rozdeliť na aditívne a reaktívne typy. V súčasnosti sa vyvíjajú smerom k nízkej dymivosti, nízkej toxicite, ochrane životného prostredia bez halogénov, vysokej účinnosti a dlhodobej účinnosti, čo je základnou oporou pre zabezpečenie bezpečného používania plastových výrobkov.

1. Základný mechanizmus spomaľovačov horenia: viacrozmerná blokáda horenia

1. Spomaľovač horenia v plynnej fáze: inhibuje reťazovú reakciu horenia

Spomaľovače horenia sa pri vysokých teplotách rozkladajú za vzniku látok zachytávajúcich voľné radikály (ako sú halogenidy vodíka v halogénovaných spomaľovačoch horenia), ktoré zachytávajú aktívne voľné radikály počas horenia, ukončujú reťazové reakcie a zabraňujú šíreniu plameňa:

Reprezentatívne produkty: Brómové spomaľovače horenia (dekabrómdifenyletán, tetrabrómbisfenol A);

Adaptačné scenáre: ABS elektronické puzdro, PP automobilové komponenty, vysoká účinnosť spomaľovača horenia s pridaním 5 % – 15 % na splnenie normy.

2. Kondenzovaná fáza spomaľovača horenia: tvorba fyzickej bariérovej vrstvy

Karbonizačná vrstva, sklovitá látka alebo penová vrstva, ktorá vzniká rozkladom spomaľovača horenia, je pokrytá na plastovom povrchu, aby izolovala kyslík a teplo a zabránila pokračovaniu horenia:

Reprezentatívne produkty: Spomaľovače horenia na báze fosforu (červený fosfor, fosfátový ester), expanzné spomaľovače horenia;

Adaptačné scenáre: stavebné materiály z PVC, elektronické súčiastky z PA, bezhalogénové a ekologické, s nízkou tvorbou dymu.

3. Riediaci spomaľovač horenia: znižuje koncentráciu horľavých plynov

Rozklad spomaľovačov horenia produkuje veľké množstvo nehorľavých plynov (ako je dusík a oxid uhličitý), ktoré počas rozkladu plastov zrieďujú koncentráciu horľavých plynov a kyslíka, čím znemožňujú udržanie horenia.

Reprezentatívne produkty: Spomaľovače horenia na báze dusíka (melamín, guanidínové soli);

Adaptačný scenár: PE fólia, PP tkané vrece v kombinácii s inými retardérmi horenia na zvýšenie účinku spomaľovača horenia.

2. Bežné typy spomaľovačov horenia a kompatibilné plasty: vlastnosti a prispôsobenie sa scéne

1. Spomaľovače horenia na báze halogénov: účinné a lacné, vhodné pre rôzne plasty

Hlavné výhody: vysoká účinnosť spomaľovania horenia, dobrá kompatibilita s plastmi, nízke náklady a nízke množstvo pridaného materiálu (5 % – 15 %);

Kompatibilné plasty: PE, PP, ABS, PVC;

Typické aplikácie: Kryt televízora z ABS, interiérové ​​diely automobilov z PP, dosahuje úroveň spomaľovania horenia UL94 V-0, ale počas spaľovania uvoľňuje halogenidy vodíka, čo je obmedzené pre náročné scenáre ochrany životného prostredia.

2. Bezhalogénový spomaľovač horenia: šetrný k životnému prostrediu a s nízkou dymivosťou, vhodný pre náročné scenáre

Hlavné výhody: bezhalogénové, nízke dymenie, nízka toxicita, v súlade s normami EÚ RoHS a REACH, rozdelené na fosforovú sériu, dusíkovú sériu a expanzný typ;

Kompatibilné plasty: PA, PC, PET, PP;

Typické použitie: elektronické konektory PA, kryty PC notebookov, PE drôty a káble. Do PA je možné pridať 10 % – 20 % spomaľovačov horenia na báze fosforu (ako napríklad červený fosfor), aby sa dosiahla úroveň V-0. Expanzné spomaľovače horenia sú vhodné pre PVC stavebné materiály.

3. Reaktívny spomaľovač horenia: dlhotrvajúci a stabilný, vhodný pre technické plasty

Hlavná výhoda: Navŕčené na plastové molekulárne reťazce prostredníctvom chemických väzieb, bez migrácie alebo zrážania, s dlhotrvajúcim účinkom spomaľovania horenia;

Kompatibilné plasty: PET, PC, epoxidová živica;

Typické aplikácie: PET vlákno spomaľujúce horenie, PC doska spomaľujúca horenie, epoxidová živica na elektronické obaly, dobrá teplotná odolnosť, vhodné pre dlhodobé používanie.

4. Anorganické spomaľovače horenia: šetrné k životnému prostrediu a lacné, vhodné pre stredne veľké až nízke produkty

Hlavné výhody: netoxické, bez dymu, nízke náklady a funkcia potlačenia dymu;

Reprezentatívne produkty: hydroxid hlinitý, hydroxid horečnatý;

Kompatibilné plasty: PE, PP, PVC;

Typické aplikácie: PE vodovodné potrubia, PVC káblové plášte spomaľujúce horenie, s pridaním 30 % – 60 %, čo mierne zníži mechanické vlastnosti plastu.

3. Prax aplikácie spomaľovačov horenia v kľúčových plastových výrobkoch

1. Elektronické a elektrické plasty: vysoká horľavosť + nízka toxicita dymu

Elektronický konektor PA:

Vzorec: živica PA6 + 15 % spomaľovač horenia s červeným fosforom + 5 % synergická látka + 0,3 % antioxidant;

Účinok: Trieda UL94 V-0 (1,6 mm), kyslíkový index ≥ 32 %, nízka hustota dymu, vhodné pre požiadavky protipožiarnej ochrany elektronických zariadení.

ABS kryt frézy:

Vzorec: ABS živica + 12 % dekabrómdifenyletán + 5 % oxid antimonitý + 0,2 % antioxidant;

Účinok: Trieda UL94 V-0, vysoká účinnosť spomaľovania horenia, kontrolovateľné náklady, spĺňa bezpečnostné normy pre domáce spotrebiče.

2. Stavebné materiály plasty: odolné voči poveternostným vplyvom + dlhotrvajúci spomaľovač horenia

PVC káblová rúrka s ohňovzdornou úpravou:

Vzorec: PVC živica + 40 % hydroxid hlinitý + 10 % uhličitan vápenatý + 3 % stabilizátor vápenato-zinok;

Účinok: Index kyslíka ≥ 28 %, nehorľavosť úrovne B1, vysoká odolnosť voči poveternostným vplyvom, vhodné pre montované budovy.

PE geomembrána spomaľujúca horenie:

Vzorec: PE živica + 30 % hydroxid horečnatý + 5 % dusíkatý spomaľovač horenia + 0,2 % stabilizátor svetla;

Účinok: Úroveň UL94 V-1, nízka dymivosť a netoxický, vhodný pre scenáre požiarnej ochrany, ako sú skládky a tunely.

3. Automobilové plasty: spomaľovač horenia + ľahké

PP panel dverí auta:

Vzorec: PP živica + 20 % expanzná prísada proti horeniu + 10 % mastencový prášok + 0,3 % antioxidant;

Účinok: Trieda UL94 V-0, miera zachovania rázovej húževnatosti 80 %, nízka hmotnosť a nízky dymivý výkon, v súlade s bezpečnostnými normami pre interiéry automobilov.

Nárazník z PC/ABS:

Vzorec: zliatina PC/ABS + 15 % bezhalogénového spomaľovača horenia s fosforom + 0,5 % kompatibilizátora;

Účinok: Trieda UL94 V-0, dobrá odolnosť voči nárazu, počas spaľovania sa neuvoľňujú toxické plyny, vhodné pre vonkajšie protipožiarne potreby automobilov.

4. Plast na drôty a káble: spomaľovač horenia + odolný voči teplote

PE drôtený plášť spomaľujúci horenie:

Vzorec: PE živica + 25 % hydroxid horečnatý + 8 % dusíkato-fosforová zlúčenina, spomaľovač horenia + 0,2 % antioxidant;

Účinok: Skúška spaľovania v spojení spĺňa normu s indexom kyslíka ≥ 30% a teplotnou odolnosťou 70 ℃, vhodná pre domáce a priemyselné rozvody.

Materiál kábla z PVC s ochranou proti ohňu:

Vzorec: PVC živica + 15 % chlórovaný parafín + 5 % oxid antimonitý + 2 % stabilizátor vápenato-zinkový;

Účinok: Spomaľovač horenia triedy B, vysoká mechanická pevnosť, nízke náklady, široko používaný v nízkonapäťových kábloch.

4. Výzvy aplikácií a vývojové trendy

1. Existujúce výzvy

Vysoký prídavok bezhalogénových spomaľovačov horenia môže ľahko viesť k zníženiu mechanických vlastností plastov;

Niektoré spomaľovače horenia (ako napríklad halogénované zlúčeniny) nie sú dostatočne šetrné k životnému prostrediu a ich dostupnosť je obmedzená na trhoch, ako je Európska únia;

Rovnováha medzi spomaľovaním horenia a spracovateľnosťou je náročná a niektoré spomaľovače horenia ovplyvňujú tekutosť plastových tavenín.

2. Trendy vývoja

Efektívne bezhalogénové: Vyvinúť nanorozmerné, bezhalogénové zložené spomaľovače horenia, znížiť pridávané množstvo (z 20 % na menej ako 10 %) a vyvážiť výkon a ochranu životného prostredia;

Multifunkčná integrácia: Vyvinúť kompozitné prísady spomaľujúce horenie + antioxidant + odolné voči poveternostným vplyvom, zjednodušiť receptúry, ako napríklad integrované prísady spomaľujúce horenie a potláčajúce dym;

Biospomaľovače horenia: vyrobené z rastlinných extraktov, ako sú škrob a deriváty lignínu, netoxické a biologicky odbúrateľné, vhodné pre ekologické plastové výrobky;

Reaktívna modernizácia: Vyvinúť vysoko aktívne reaktívne spomaľovače horenia na zvýšenie ich stability pri spájaní s plastmi a prispôsobenie sa špičkovým technickým plastom.

5. Súhrn: Spomaľovače horenia – "firewall" pre bezpečnosť plastov

Od protipožiarnej ochrany elektronických zariadení, cez požiadavky na spomaľovače horenia stavebných materiálov až po bezpečnostné normy interiérov automobilov, spomaľovače horenia blokujú horenie z viacerých hľadísk a budujú pevnú obrannú líniu pre bezpečné používanie plastových výrobkov. Nie sú len bezpečnostnou prísadou, ale priamo určujú aj hranice použitia plastových výrobkov (napríklad vo vysoko rizikových scenároch v elektronike, automobiloch, stavebníctve atď.). V budúcnosti, s prelomovými objavmi v bezhalogénových, vysokoúčinných a zelených technológiách, spomaľovače horenia ďalej podporia rozvoj plastikárskeho priemyslu smerom k bezpečnosti, ochrane životného prostredia a špičkovej kvalite a poskytnú bezpečnostnú podporu pre viac plastových aplikácií v rôznych scenároch.