Bestand an flammhemmenden Systemen für technische Kunststoffe

Bestand an flammhemmenden Systemen für technische Kunststoffe

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Polymersynthese- und -verarbeitungstechnologie sind technische Kunststoffe in alle Lebensbereiche der Menschen vorgedrungen. In einigen Bereichen, die häufig Umgebungen mit hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ist die Flammhemmung technischer Kunststoffe zu einem wichtigen Indikator für ihre umfassende Leistung geworden.

I. Experimentelle Methoden zur Flammhemmung von Kunststoffen

Die Flammhemmung von Kunststoffen kann mit der Verbrennungstestmethode bewertet werden, die in horizontale und vertikale Methoden unterteilt wird. Die vertikale Methode bewertet die Flammhemmung eines Materials durch Messung der Dauer des Nachflammens und Nachglühens, der Brennweite und des Partikelabfalls. Entsprechend dem Verhalten der Probe wird das Material gemäß den in Tabelle 1 aufgeführten Kriterien in die Stufen V-0, V-1 und V-2 eingeteilt (V bedeutet vertikales Brennen).

Hinweis: t ₁, t ₂ beziehen sich auf die Dauer der Nachflamme; t ₃ bezieht sich auf die Dauer des Nachleuchtens; t_f bezieht sich auf die gesamte Nachbrennzeit.

Unterschiedliche Kunststoffe haben unterschiedliche Verbrennungseigenschaften. Beispielsweise weist PC selbst eine gewisse Flammwidrigkeit auf und kann im vertikalen Verbrennungstest ein V-2-Niveau erreichen. Allerdings ist ABS brennbar und kann nicht klassifiziert werden. Die flammhemmende Modifizierung von Kunststoffen durch den Zusatz von Flammschutzmitteln kann die Verbrennung verzögern und die Intensität der Verbrennung verringern. Beim Verbrennungsprozess verbrennen Kunststoffe nicht nur selbst, sondern erzeugen auch Tröpfchen, die andere brennbare Materialien entzünden und so zur Ausbreitung eines Brandes mit schwerwiegenden Folgen führen können. Daher ist bei flammhemmenden Kunststoffen häufig der Zusatz von Antitropfmitteln erforderlich, um ein Abtropfen der Schmelze bei der Verbrennung zu verhindern.

II. Flammschutzsystem für technische Kunststoffe

• Flammschutzmittel

Die in technischen Kunststoffe verwendeten Flammschutzmittel sind hauptsächlich halogenierte Flammschutzmittel und Phosphorflammschutzmittel.

1. Halogenierte Flammschutzmittel

Halogenierte Flammschutzmittel werden in Chlor-Flammschutzmittel und Brom-Flammschutzmittel unterteilt.

Chlor-Flammschutzmittel sind günstig, weisen jedoch eine schlechte thermische Stabilität auf und eignen sich nur für Produkte mit einer Verarbeitungstemperatur unter 200 °C.

Bromierte Flammschutzmittel haben eine hohe Flammschutzwirkung, die doppelt so hoch ist wie die von chlorierten Flammschutzmitteln, sodass die relative Dosierung gering ist und sie aufgrund ihrer guten gegenseitigen Verträglichkeit mit dem Grundharz weniger Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Materials haben und daher eine wichtige Position auf dem Gebiet der Flammschutzmittel einnehmen.

Allerdings erzeugen halogenierte Flammschutzmittel im Verbrennungsprozess Rauch und korrosive Gase usw., was zu schwerwiegenden Sekundärkatastrophen für die menschliche Gesundheit und die Umwelt führen kann. Daher sind umweltfreundliche Flammschutzmittel mit niedrigem Halogengehalt oder ohne Halogen von großer Bedeutung.

2. Phosphor-Flammschutzmittel

Phosphorflammschutzmittel haben eine Vielzahl von Sorten gebildet, darunter anorganische Phosphate, Phosphatester, Phosphorheterophenole, Phosphornitril und rotes Phosphor.

Phosphor-Flammschutzmittel im Verbrennungsprozess der Zersetzung unter Bildung hochsiedender sauerstoffhaltiger Säuren können die Dehydratisierung und Karbonisierung des Polymers sowie die Bildung einer Schutzschicht aus karbonisierten Rückständen fördern, so dass das Polymer und die Luft isoliert werden. Gleichzeitig nimmt das dehydrierte Wasser eine große Menge Wärme auf, wodurch auch die Oberflächentemperatur des Polymers gesenkt werden kann, wodurch eine flammhemmende Wirkung erzielt wird. Die Vorteile von Flammschutzmitteln auf Phosphorbasis sind geringe Toxizität und Korrosivität, gute thermische Stabilität und langanhaltende Wirkung.

Die Europäische Union hat die Verwendung von halogenierten Flammschutzmitteln wie polybromierten Biphenylen (PBBs) und polybromierten Diphenylethern (PBDEs) bei der Herstellung elektronischer Geräte verboten. Bisphenol-A-bisphosphat-diphenylester (BDP), ein Phosphor-Flammschutzmittel auf Phosphatesterbasis, ist mit technischen Kunststoffen wie PC/ABS kompatibel und bietet die Vorteile einer guten Umweltverträglichkeit, einer hohen thermischen Stabilität und einer geringen Auswirkung auf die Materialeigenschaften. Daher wird es häufig in elektronischen und elektrischen Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops und Fernsehern verwendet.

• Basisches Harz

1. PC/ABS

PC hat die Vorteile einer hohen Schlagzähigkeit, Kriechfestigkeit, guten Dimensionsstabilität, Hitzebeständigkeit, Transparenz und dielektrischen Eigenschaften, weist aber auch bei der Verarbeitung eine schlechte Beweglichkeit auf, neigt zu Spannungsrissen, Kerbempfindlichkeit, schlechter Abriebfestigkeit und anderen Mängeln. ABS weist eine bessere Beständigkeit gegenüber Chemikalien sowie Form- und Verarbeitung auf, seine Hitze- und Witterungsbeständigkeit ist jedoch relativ schlecht.

Die beiden gemischten modifizierten PC/ABS-Legierungen ergänzen sich in ihrer Leistung. Nicht nur die Hitzebeständigkeit, Schlagzähigkeit und Zugfestigkeit sind besser als bei ABS, auch die Schmelzviskosität ist niedriger als die von PC. PC/ABS-Legierungen werden häufig in der Automobilindustrie, in Kommunikationsgeräten, elektrischen und elektronischen Geräten, Beleuchtungsgeräten usw. verwendet.

Um die Brandschutzanforderungen in einigen Anwendungen zu erfüllen, muss PC/ABS-Legierung eine gute Flammhemmung aufweisen. Zum Beispiel in der Ladesäule für neue Energiefahrzeuge und einem Teil der elektrischen und elektronischen Flammschutzklasse, um V-0 zu erreichen.

Im PC/ABS-Mischsystem wird derzeit ein besserer Effekt der guten thermischen Stabilität von Bisphosphatestern und Phosphatesterzwitterionen usw. verwendet, wobei BDP auf PC/ABS-Legierungen gute flammhemmende Eigenschaften aufweist.

2. PC

PC hat eine gute Hitzebeständigkeit, ausgezeichnete optische Eigenschaften, gute Dimensionsstabilität, hohe mechanische Festigkeit und Schlagfestigkeit sowie andere Eigenschaften und wird häufig in Haushaltsgeräten, elektronischen Geräten, Automobilteilen, mechanischen Geräten und optischen Instrumententeilen verwendet.

Der ultimative Sauerstoffindex (LOI) von PC kann 21 % bis 24 % erreichen, und das Material selbst kann die Flammschutzstufe UL94V-2 erreichen, kann aber dennoch nicht die höheren Anforderungen an die Flammschutzleistung in speziellen Bereichen erfüllen, wie z.

Flammhemmendes PC mit Kaliumperfluoralkylsulfonat (PPFBS) als Vertreter des Sulfonat-Flammschutzmittels hat die beste Wirkung. Die Zugabe einer kleinen Menge Sulfonat-Flammschutzmittel kann die Flammschutzeigenschaften von PC erheblich verbessern, um einen Flammschutzgrad von 1,6 bis 3,0 mmV-0 zu erreichen, und nach Modifikation der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von PC und dem Allzweck-PC-Äquivalent.

Bei industrialisierten PC-Produkten handelt es sich bei den am häufigsten verwendeten Phosphor-Flammschutzmitteln hauptsächlich um Triphenylphosphat (TPP), Resorcin-bis-(diphenylphosphat) (RDP) und BDP, in der Flammschutzzusatzmenge 10 % (Massenanteil), 1,6 mm dickes PC bis zum V-0-Niveau, das bei hohen Temperaturen flüchtig ist, TPP spielt nur in der Gasphase des Flammschutzmittels eine Rolle; RDP und BDP können gleichzeitig in der Gasphase und in der Festphase eine flammhemmende Wirkung haben.

TPP bei Raumtemperatur für den festen Zustand, thermische Stabilität ist relativ schlecht, leicht zu verflüchtigen bei der PC-Verarbeitungstemperatur, RDP und BDP bei Raumtemperatur für den flüssigen Zustand, thermische Stabilität ist besser, BDP besser als RDP Hydrolysebeständigkeit.

3. ABS-Harz

ABS hat einen hohen Glanz, eine gute Zähigkeit, eine gute Hitze- und Kältebeständigkeit, eine hervorragende Verarbeitungsleistung und hervorragende umfassende mechanische Eigenschaften. Die elektrischen Eigenschaften von ABS treten bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen und großen Veränderungen nicht in Erscheinung, es ist ein gutes Isoliermaterial, das häufig in Haushaltsgeräten, audiovisuellen Geräten, Bürobedarf sowie in elektrischen und elektronischen Bereichen verwendet wird.

ABS-Harz ist brennbar, LOI 18,3 % bis 18,8 %, gemäß UL94-Standard gehört es zur HB-Stufe. ABS brennt schnell, wenn es Feuer fängt, und gibt viel giftiges Gas und schwarzen Rauch ab, was für die praktische Anwendung ungünstig ist.

Gegenwärtig nutzen die wichtigsten Halogen-Flammschutzmittel und die Sb2O3-Compoundierung den synergistischen Halogen-Antimon-Effekt der ABS-Flammschutzmittelmodifikation. Flammhemmendes ABS wird hauptsächlich in Telefonen, Computern, Flüssigkristallanzeigen (LCD) und anderen Gehäusen für elektrische und elektronische Geräte, Automobilkomponenten und externen Komponenten, kleinen Küchengeräten, Werkzeugkästen, Staubsaugergehäusen usw. verwendet.

4. HÜFTEN

Die Hüften bestehen aus Polystyrol (PS) und Polybutadien (PB) durch die Copolymerisation der beiden häufigen Vorteile, leicht zu verarbeiten, eine gute dimensionale Stabilität und eine hervorragende elektrische Isolierung, hohe Aufprallfestigkeit, in der Lebensmittelverpackung, Haushaltsgeräte, elektronischen Produkten und militärischen Materialien wie Schalenverpackungen und anderen Feldern.

Der LOI von HIPS beträgt jedoch nur 18 % und ist leicht zu verbrennen. Um die Anwendungssicherheit zu verbessern, muss es flammhemmend modifiziert werden. Wird für die flammhemmende HIPS-Modifizierung der wichtigsten bromhaltigen Flammschutzmittel wie Decabromdiphenylethan (DBDPE) verwendet, wobei der größte synergistische Effekt mit Sb2O3 erzielt wird und eine ausgezeichnete flammhemmende Wirkung erzielt wird.

5. PBT

PBT ist ein kristalliner gesättigter Polyester mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, guter Dimensionsstabilität, guter elektrischer Isolierung und Beständigkeit gegenüber Chemikalien usw., der häufig in Automobilen, elektronischen Geräten, Maschinen und anderen Bereichen eingesetzt wird.

PBT hat jedoch schlechte flammhemmende Eigenschaften (UL94HB-Niveau), brennt leicht an der Luft, wird schwer zu Holzkohle, tropft beim Verbrennen leicht ab und setzt eine große Menge Rauch und giftige Gase frei, wodurch leicht eine relativ große Anzahl von Gefahren entsteht, daher muss es eine flammhemmende Modifikation sein.

Flammschutzmittel für die PBT-Flammschutzmodifikation sind hauptsächlich halogenierte Flammschutzmittel, häufiger verwendete bromierte Flammschutzmittel wie DBDPE, bromierte Epoxidharze usw., die durch den synergistischen Effekt mit Sb2O3 eine hervorragende flammhemmende Wirkung erzielen.

Zu den in PBT verwendeten Flammschutzmitteln gehören auch Aluminiumdiethylphosphonat (ADP) oder dessen Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid und andere komplexe Produkte.

6. PA

PA hat gute mechanische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften und ausgeprägtere Schmiereigenschaften und wird häufig in elektronischen Komponenten, Automobilteilen und anderen Bereichen verwendet.

Unmodifizierter PA-Flammschutzgrad UL94V-2, LOI von 20 % bis 22 %, bei Kontakt mit einer offenen Flamme kommt es zu einer schnellen Verbrennung, die eine große Wärmemenge freisetzt, aber auch aufgrund des Phänomens des Tropfens der geschmolzenen Flamme, das Bedingungen für die weitere Ausbreitung der offenen Flamme schafft.

Um Brandgefahren vorzubeugen, hat die Industrie klare Flammschutzanforderungen für PA-Verbundwerkstoffe, die in Automobilen, Elektrogeräten und anderen Produkten verwendet werden, die im Allgemeinen das UL94V-0-Niveau erreichen müssen.

Halogenierte Flammschutzmittel werden in PA aufgrund ihrer guten Kompatibilität mit PA und ihrer hohen Flammschutzwirkung häufig verwendet. Zu den in PA verwendeten Flammschutzmitteln gehören auch Aluminiumdiethylphosphonat (ADP) oder seine Verbundprodukte mit Magnesiumhydroxid und Aluminiumhydroxid.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass derzeit im Flammschutzsystem für technische Kunststoffe, flammhemmendes PC/ABS und flammhemmendes PC hauptsächlich Phosphor-Flammschutzmittel BDP verwendet wird. Flammhemmendes ABS, flammhemmendes HIPS, flammhemmendes PBT, flammhemmendes PA verwenden hauptsächlich Brom-Flammschutzmittel.

• Antidropping-Mittel

Frühe Antitropfmittel waren Produkte wie chloriertes Polyethylen und Silikonkautschuk, die aufgrund von Umweltfreundlichkeit, Manövrierfähigkeit und Migration nach und nach durch hochmolekulares Polytetrafluorethylen (PTFE) als Hauptprodukt auf dem Markt ersetzt wurden. Gleichzeitig wurde nachgewiesen, dass PTFE im Verbrennungszustand Verbindungen mit Antimon bildet, um die Flammhemmung in der Gasphase zu fördern.

PTFE hat die Eigenschaft, unter Einwirkung von Scherkräften zu fibrillieren und bildet bei der Kunststoffverarbeitung eine Netzwerkstruktur aus, die sich durch die Matrix des Kunststoffs zieht. Bei Hitze brennt PTFE selbst nicht und hat die Eigenschaft, sich zusammenzuziehen. Daher kann seine durchdringende fibrillierte Netzwerkstruktur das Tropfen des Kunststoffs verhindern und so die flammhemmenden Eigenschaften des Kunststoffs erhöhen.

Speziell modifiziertes beschichtetes PTFE, das flammhemmenden Materialformulierungen zugesetzt wird, spielt eine flammhemmende und tropfhemmende Rolle und trägt dazu bei, dass Kunststoffe höhere Flammschutzstandards erreichen.

Im Vergleich zu herkömmlichem reinem PTFE-Pulver weist beschichtetes PTFE eine hervorragende Dispergierbarkeit und einfache Handhabung auf, keine Agglomeration bei Raumtemperatur, keine Falten bei spritzgegossenen Produkten, keine kristallinen Punkte bei schwarzen und weißen Produkten und die Verbesserung des Glanzes der Produktoberfläche ist besonders offensichtlich. Aufgrund der guten Verträglichkeit wird die Schlagzähigkeit in hochschlagfesten Formulierungen weniger beeinträchtigt.

Das Antitropfmittel eignet sich für flammhemmende Kunststoffe aus PC, ABS, PC/ABS, HIPS, PBT und PA, die die Flammschutzklasse V-0 oder V-1 erreichen müssen.

Im Bereich der Flammschutzausrüstung für technische Kunststoffe widmet sich YINSU Flame Retardant der Entwicklung fortschrittlicher Flammschutzlösungen und bietet eine breite Palette an Flammschutzmitteln an, die auf verschiedene Arten von Kunststoffen zugeschnitten sind. Mit einem starken Fokus auf Forschung und Entwicklung hat das Unternehmen bedeutende Durchbrüche bei der Entwicklung umweltfreundlicher und effizienter Flammschutzmittel erzielt, die den wachsenden Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden. YINSU Flame Retardant verschiebt weiterhin die Grenzen der Technologie und hat spezielle Flammschutzmittel für verschiedene technische Kunststoffe wie PET-55D und YS-F22B entwickelt , die nicht nur die Sicherheit technischer Kunststoffe erhöhen, sondern auch zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen.