Anwendung von Polymer-Flammschutzmitteln und neuen Technologien

Anwendung von Polymer-Flammschutzmitteln und neuen Technologien

Mit der Entwicklung der Gesellschaft wurde die Industrie für chemisch-synthetische Materialien und Produkte in verschiedenen Bereichen weit verbreitet eingesetzt. Die meisten chemischen Materialien sind jedoch brennbar und erzeugen beim Verbrennen dichten Rauch und giftige Gase, was eine große Gefahr für die Umwelt und die Lebenssicherheit der Menschen darstellt.

Daher hat die Nachfrage nach feuerfesten Materialien die rasante Entwicklung der Flammschutzmittelindustrie in Gang gesetzt und vorangetrieben. Seit den 1980er Jahren sind Flammschutzmittel nach Weichmachern der zweitgrößte Hilfsstoff in Kunststoffen.

Entsprechend den verschiedenen wichtigsten flammhemmenden chemischen Elementen in Flammschutzmitteln können sie grob in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: organisches Halogen, organischer Phosphor und anorganische. Gegenwärtig übersteigt die Verwendung von halogenfreien Flammschutzmitteln in Industrieländern die Verwendung von halogenierten Flammschutzmitteln bei weitem, während Entwicklungsländer immer noch der größte Verbraucherbereich für halogenierte Flammschutzmittel sind.

Mit den steigenden Anforderungen der Umweltvorschriften und der allmählichen Verbesserung des menschlichen Gesundheits- und Umweltbewusstseins werden effiziente, umweltfreundliche, wenig toxische und multifunktionale Flammschutzmittel unweigerlich zum zukünftigen Entwicklungstrend der Branche werden.

ICH. Anwendung von halogenierten Flammschutzmitteln

Zu den halogenierten Flammschutzmitteln zählen bromierte Flammschutzmittel und chlorierte Flammschutzmittel. Gemessen am Produktionsvolumen sind bromierte Flammschutzmittel derzeit nach wie vor die größte Flammschutzmittelvielfalt in der weltweiten Flammschutzmittelindustrie.

Zu den derzeit weit verbreiteten bromierten Flammschutzmitteln zählen vor allem die folgenden Kategorien:

Reaktive Flammschutzmittel mit kleinen Molekülen: Dazu gehören hauptsächlich Tetrabrombisphenol A, Tribromphenol und Tetrabromphthalsäureanhydriddiglykolester usw. Sie werden hauptsächlich zur Herstellung von zwei Arten bromierter Flammschutzmittel verwendet oder als reaktive Komponenten den flammhemmenden Materialien zugesetzt. Flammhemmende Materialien werden durch chemische Reaktionen mit den flammhemmenden Materialien hergestellt.

Flammschutzmittel mit kleinen Moleküladditiven: Dazu gehören hauptsächlich Decabromdiphenylethan, bromiertes Triazin, octabromierter Ether, Methyloctabromether und Ethyl-bis(tetrabromphthalimid) usw.

Hochmolekulare Polymer-Flammschutzmittel: Aufgrund ihrer guten Verträglichkeit mit Polymeren und stabilen physikalisch-chemischen Eigenschaften sind sie die umweltfreundlichste Flammschutzmittelsorte unter den bromierten Flammschutzmitteln. Dazu gehören hauptsächlich: bromiertes Polystyrol, bromiertes Epoxidharz, bromiertes SBS und Tetrabrombisphenol-A-Polycarbonat-Oligomer usw.

Die Flammschutzmittel auf Brombasis werden vor allem aufgrund ihrer hohen Flammschutzwirkung und des moderaten Preises bevorzugt. Trotz der Tatsache, dass sie beim Verbrennen eine beträchtliche Menge Rauch erzeugen, bieten diese Materialien eine hervorragende Flammhemmung, erfordern für einen wirksamen Schutz eine geringere Menge und haben nur minimale Auswirkungen auf die Eigenschaften der Produkte, in denen sie verwendet werden. Kurzfristig bleiben sie bestehen Als tragende Säule der Flammschutzmittel haben sie eine unersetzliche Stellung inne und ihre starke Konkurrenz zu den halogenfreien Flammschutzmitteln dürfte langfristig bestehen bleiben.

Aufgrund des technologischen Fortschritts werden weltweit Anstrengungen unternommen, neue Arten von Flammschutzmitteln auf Brombasis zu entwickeln. Derzeit besteht ein neuer Trend bei der Entwicklung von Flammschutzmitteln auf Brombasis auf internationaler Ebene darin, den Bromgehalt weiter zu erhöhen und das Molekulargewicht zu erhöhen.

Zum Beispiel PB-68 von Ferro Corporation in den Vereinigten Staaten, bei dem es sich hauptsächlich um bromiertes Polystyrol mit einem Molekulargewicht von 15.000 und einem Bromgehalt von bis zu 68 % handelt; Von Brominated Chemicals Fast Company und Ameribrom entwickeltes polybromiertes Phenolacrylat, das bis zu 70,5 % Brom enthält und ein Molekulargewicht von 30.000 bis 80.000 aufweist.

Diese Flammschutzmittel eignen sich besonders für verschiedene Arten technischer Kunststoffe und übertreffen viele kleinmolekulare Flammschutzmittel hinsichtlich Migrationsbeständigkeit, Kompatibilität, thermischer Stabilität und Flammschutz deutlich. Sie haben das Potenzial, die nächste Generation aktualisierter Produkte zu werden.

Zukünftig könnte die Entwicklung und Anwendung neuer Flammschutzmittel auf Halogenbasis diesen Trends folgen:

(1) Um den Auswirkungen auf die Leistung beim Einsatz als Additivhilfsmittel entgegenzuwirken, wird derzeit an der Entwicklung neuer Flammschutzmittel auf Brombasis mit umfassend hervorragender Leistung gearbeitet. Beispielsweise verfügt das bromierte CP 44B-Polystyrol der Kemira Corporation in den USA über eine hervorragende Fließfähigkeit und thermische Stabilität, lässt sich gut in Materialien dispergieren und verleiht dem Material eine leuchtende, dauerhafte Farbe, was auf dem Markt immer beliebter wird.

(2) Mithilfe moderner Polymerisations- und chemischer Synthesetechniken werden neue Arten von Flammschutzmitteln auf Brombasis entwickelt und synthetisiert, um diejenigen zu ersetzen, die Beschränkungen unterliegen oder bald Beschränkungen unterliegen. Beispielsweise dienen bromierte Copolymere, die durch Copolymerisation von Styrol mit Butadien und anschließender Zugabe von Brom hergestellt werden, als Alternative zu Hexabromcyclododecan-Flammschutzmitteln in expandiertem Polystyrol.

Flammschutzmittel auf Chlorbasis, hauptsächlich vertreten durch Polyvinylchlorid (PVC) und chloriertes Polyethylen (CPE), haben den erheblichen Vorteil, dass sie billiger sind als Flammschutzmittel auf Brombasis, weshalb sie ebenfalls weit verbreitet sind.

II. Anwendung von halogenfreien Flammschutzmitteln

• Anorganische Phosphor-Flammschutzmittel

Anorganische Phosphor-Flammschutzmittel umfassen hauptsächlich roten Phosphor, Phosphat und Ammoniumpolyphosphat.

Roter Phosphor ist ein Flammschutzmittel mit hervorragender Leistung, das sich durch hohe Effizienz, Rauchunterdrückung und geringe Toxizität auszeichnet. Allerdings neigt es zur Feuchtigkeitsaufnahme und Oxidation, wodurch hochgiftige Gase freigesetzt werden können. Sein Staub kann explosiv sein und es hat eine dunkelrote Farbe, was seine Verwendung stark einschränkt.

Um diese Nachteile zu beseitigen, ist die Oberflächenbehandlung von rotem Phosphor ein wichtiger Forschungsschwerpunkt, wobei die Mikroverkapselung die effektivste Methode ist.

Die zukünftige Entwicklung der Oberflächenbehandlung mit rotem Phosphor sollte sich auf Folgendes konzentrieren:

1.Modifizierung des Einkapselungsmaterials, um multifunktionale Eigenschaften wie thermische Stabilität, Plastifizierung und Flammhemmung zu erhalten, und Entwicklung multifunktionaler mikroverkapselter Flammschutzmittel aus rotem Phosphor.

2. Untersuchung der wirksamen Kombination verschiedener Flammschutzmittel mit Flammschutzmitteln aus rotem Phosphor und deren Mikroverkapselung zur Verbesserung der Flammhemmung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Materialien.

3.Entwicklung von Rauchunterdrückungstechnologien, da die Rauchunterdrückung bei Bränden wichtiger ist als die Brandverhütung. Roter Phosphor hat eine rauchunterdrückende Wirkung, für eine Kombination kann nach geeigneten Rauchunterdrückungsmitteln gesucht werden.

Ammoniumpolyphosphat und seine entsprechenden intumeszierenden Flammschutzmittel sind derzeit aktive Forschungsgebiete für phosphorbasierte Flammschutzmittel. Langkettiges Ammoniumpolyphosphat (APP) hat einen hohen Gehalt an flammhemmenden P/N-Elementen, eine gute thermische Stabilität und ist nahezu neutral, wodurch es mit anderen Substanzen kompatibel ist. Es verfügt über dauerhafte flammhemmende Eigenschaften und hat sich schnell weiterentwickelt.

APP erscheint als weißes Pulver mit einer Zersetzungstemperatur von mehr als 256 °C. Es ist wasserlöslich, wenn der Polymerisationsgrad zwischen 10 und 20 liegt, und unlöslich in Wasser, wenn der Polymerisationsgrad mehr als 20 beträgt. APP ist kostengünstiger als organische Flammschutzmittel, weist eine geringe Toxizität und eine gute thermische Stabilität auf Geeignet für den alleinigen Einsatz oder in Kombination mit anderen Flammschutzmitteln in Kunststoffen.

Bei hohen Temperaturen zerfällt APP schnell in Ammoniak und Polyphosphorsäure. Ammoniak kann die Sauerstoffkonzentration in der Gasphase verdünnen und so eine Verbrennung verhindern. Polyphosphorsäure ist ein starkes Dehydratisierungsmittel, das dazu führen kann, dass Polymere dehydrieren und karbonisieren. Dabei bildet sich eine Kohlenstoffschicht, die das Polymer vom Sauerstoff isoliert und so eine Verbrennung in der festen Phase verhindert.

Das intumeszierende Flammschutzsystem auf Basis von APP ist ein aktuelles Thema in der Forschung zu halogenfreien flammhemmenden Polyolefinen und zeigt gute Entwicklungsaussichten bei der Verarbeitung und Modifizierung von Polypropylen. Inländische Forschungen zum intumeszierenden Flammschutzsystem in Kombination mit Käfigphosphatestern oder -salzen und APP weisen eine gute Hitzebeständigkeit und Flammhemmung auf.

APP hat ein breites Anwendungsspektrum und kann als Feuerlöschmittel für großflächige Feuerlöschungen in Wäldern und Ölfeldern eingesetzt werden und kann auch zu intumeszierenden feuerfesten Beschichtungen formuliert werden.

• Organophosphorische Flammschutzmittel

Der größte Teil des Phosphatesters ist flüssig, schlechte Hitzebeständigkeit, Flüchtigkeit, Verträglichkeit ist nicht ideal, bei der Verbrennung tropft das Material ab. Um die oben genannten Mängel zu vermeiden, ist die Entwicklung einiger Phosphatester vom Polymerpolykondensationstyp zu einer der zukünftigen Entwicklungsrichtungen von Phosphatester-Flammschutzmitteln geworden.

Darüber hinaus enthält der stickstoffhaltige Phosphatester, der Stickstoff und Phosphor enthält, zwei Elemente gleichzeitig und hat eine bessere flammhemmende Wirkung als nur phosphorhaltige Verbindungen. Das Phosphatestersystem hat sich zu einer weiteren Entwicklungsrichtung von Flammschutzmitteln entwickelt.

Diethylaluminiumphosphinat (ADP) ist ein Produkt, das in Wasser und organischen Lösungsmitteln unlöslich, in starken Säuren und starken Basenlösungen jedoch löslich ist. Es hat viele Vorteile wie hohen Phosphorgehalt, hohe thermische Stabilität, Ungiftigkeit, geringe Rauchentwicklung, kleine Partikelgröße, niedriges spezifisches Gewicht, gute Dispersion, einfache Färbung und niedrige Dichte (1,2 kg/l). Als effizientes Flammschutzmittel kann es in großem Umfang zur Flammhemmung von thermoplastischen Kunststoffen (wie PA, PBT), Fasern und Textilien eingesetzt werden.

Piperazinpyrophosphat (PAPP), auch bekannt als Polyphosphorsäure-Piperazin (Focused Phosphoric Acid Piperazine), ist ein halogenfreies, umweltfreundliches, intumeszierendes Flammschutzmittel, das Phosphor und Stickstoff als wichtigste flammhemmende Elemente enthält.

PAPP erscheint als weißes Pulver und weist Eigenschaften wie eine hohe Karbonisierungseffizienz, gute thermische Stabilität sowie geringe Rauchentwicklung und Ungiftigkeit auf. Es kann in flammhemmenden Produkten wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyurethan (PU), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Epoxidharz (EP) verwendet werden und verfügt über großes Potenzial für die zukünftige Marktentwicklung .

• Stickstoff-Flammschutzmittel

Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis werden später als andere Flammschutzmittel entwickelt und haben keine allzu gute Flammschutzwirkung. Sie werden meist in Kombination mit anderen Flammschutzmitteln verwendet.

Die Zugabe von Stickstoff-Flammschutzmittel kann die Karbonisierung des Phosphorsystems fördern, was einen synergistischen Effekt hat. Darüber hinaus haben Stickstoff und Antimon auch eine synergistische Wirkung.

Zu den Flammschutzmitteln auf Stickstoffbasis zählen vor allem Melamin und Melamincyanurat, die in Polyurethan und Polyamid eingesetzt werden können. Das Hauptthema ist derzeit die Entwicklung von Stickstoff-Flammschutzmitteln mit hohem Stickstoffgehalt, Hochtemperaturdispersion und Abstimmung mit Polymeren.

• Anorganisches Flammschutzmittel

Antimontrioxid ist ein typisches Halogen-Flammschutzmittel mit gleichzeitiger Wirksamkeit des Flammschutzmittels, das keine eigene flammhemmende Wirkung hat, die Verwendung von Brom- oder Chlorhalogen-Flammschutzmitteln erfordert, die Eigenschaften von hoher Holzkohle aufweist, die flammhemmende Wirkung ist offensichtlich und Magnesiumhydroxid hat Co -effektive flammhemmende Wirkung.

Aluminiumhydroxid (ATH) ist das repräsentativste Flammschutzmittel aus anorganischen Metallverbindungen und macht über 40 % der anorganischen Flammschutzmittel aus. Es hat drei Funktionen: Flammschutz, Rauchunterdrückung und Füllung, ohne Sekundärverschmutzung zu verursachen. Es kann außerdem eine synergistische Wirkung mit einer Vielzahl von Substanzen erzielen, ist nichtflüchtig, ungiftig, weist eine geringe Korrosivität auf und ist kostengünstig.

Die flammhemmende Wirkung von Aluminiumhydroxid tritt auf, wenn es bei Temperaturen über 200 °C einer Dehydrierung und Wärmeabsorption unterliegt, mit einer Wärmeabsorptionskapazität von 1968 J/g, wodurch der frühe Temperaturanstieg von Materialien unterdrückt werden kann. Allerdings hat Aluminiumhydroxid den Nachteil, dass eine große Zugabemenge erforderlich ist; Typischerweise müssen mehr als 50 % eingearbeitet werden, um eine gute flammhemmende Wirkung zu erzielen.

Um diesen Nachteil zu überwinden, können Methoden wie die Granulationstechnologie zur Entwicklung ultrafeiner Partikel eingesetzt werden, wodurch die Partikelgrößenverteilung enger wird; verbesserte Beschichtungstechniken können die Dispersion in Polymeren verbessern; und eine Behandlung mit makromolekularer Bindung kann angewendet werden. Zinkborat hat auch eine synergistische flammhemmende Wirkung mit Aluminiumhydroxid.

• Silikon-Flammschutzmittel

Flammschutzmittel auf Siliziumbasis können aufgrund ihrer Zusammensetzung und Struktur in anorganische und organische Typen eingeteilt werden.

Anorganische Silizium-Flammschutzmittel bestehen hauptsächlich aus SiO2, das sowohl als Verstärkungsmittel als auch als Flammschutzmittel dient. Der Flammschutzmechanismus beinhaltet die Bildung einer SiO2-Schicht beim Verbrennen des Polymermaterials, die als Barriere gegen die Verbrennung fungiert und eine Abschirmwirkung bietet. SiO2 wird selten allein verwendet und zur Leistungssteigerung oft mit Halogeniden kombiniert.

Flammschutzmittel aus organischen Siliziumpolymeren zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz, Ungiftigkeit, geringe Rauchentwicklung, Tropfenverhinderung und Umweltfreundlichkeit aus, bei minimalen Auswirkungen auf die Eigenschaften der Endprodukte. Der Flammschutzmechanismus dieser Materialien beinhaltet die Bildung von Siliziumkarbid beim Verbrennen des Polymers, das das Entweichen flüchtiger Verbrennungsprodukte verhindert, Sauerstoff aus dem Harz isoliert und das Tropfen des geschmolzenen Materials verhindert, wodurch das Ziel der Flammhemmung erreicht wird.

Zu den Haupttypen organischer Silizium-Flammschutzmittel gehören Silikonöle, Silikonharze, Silikonkautschuke und Organosiliciumalkanolamide.

SFR100 von GE, entwickelt von General Electric in den USA, bietet eine hervorragende Flammhemmung für Polyolefine und verbessert außerdem die Verarbeitungs- und mechanischen Eigenschaften des Harzes. Es verleiht der Matrix eine hervorragende Flammhemmung und Rauchunterdrückung und eignet sich daher für Anwendungen mit strengen Brandschutzanforderungen, bei denen herkömmliche Flammschutzsysteme nicht ausreichen.

Dow Corning, ein Unternehmen, das für seine Silikonprodukte bekannt ist, hat ein Silikonharz-Mikropulver entwickelt, das ein wirksames Flammschutzmittel ist. Verschiedene Qualitäten dieses Produkts können in Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden und Polystyrolen verwendet werden.

In Japan wurde ein Polysiloxan PC als eines der neuesten halogenfreien flammhemmenden Harze entwickelt. Es hat das deutsche Umweltzertifikat „Blauer Engel“ erhalten und wird weltweit an Hersteller in der Elektroindustrie und anderen Branchen vermarktet.

YINSU Flame Retardant ist auf die Bereitstellung effizienter und umweltfreundlicher Flammschutzlösungen spezialisiert und seine Produkte decken ein breites Spektrum wichtiger Flammschutzmittel ab. Das wichtigste Flammschutzmittel mit rotem Phosphor überwindet nach einer speziellen Oberflächenbehandlung die Mängel des herkömmlichen roten Phosphors und zeichnet sich durch hohe Effizienz, Rauchunterdrückung und geringe Toxizität aus und ist für eine Vielzahl von Polymermaterialien geeignet.

Die Antimontrioxid-Ersatzstoffe des Unternehmens bieten eine umweltfreundliche Upgrade-Option für herkömmliche Halogen-Flammschutzsysteme und behalten gleichzeitig die hervorragende Flammschutzwirkung bei. Die Flammschutzmittelserie mit organischem Phosphor eignet sich aufgrund ihres hohen Phosphorgehalts und ihrer guten Verträglichkeit für eine Vielzahl von Materialien wie Thermoplaste, Fasern und Textilien und verbessert effektiv die Flammschutzeigenschaften der Materialien. Darüber hinaus fördern die kohlenstoffbildenden Wirkstoffe gut die Bildung schützender Kohlenstoffschichten in Materialien und erhöhen so den Brandschutz von Materialien weiter.

Die Flammschutzmittel von YINSU Flame Retardant werden in vielen Branchen wie Elektronik- und Elektrogeräten, Baumaterialien, Automobilbau, Textilien usw. häufig eingesetzt. Sie helfen Kunden dabei, die strengen Brandschutznormen einzuhalten und fördern die grüne Entwicklung der Branche.