Eingehende Untersuchung der ABS-Flammschutztechnologie: Auswahl und Anwendungsstrategien für Flammschutzmittel

Eingehende Untersuchung der ABS-Flammschutztechnologie: Auswahl und Anwendungsstrategien für Flammschutzmittel

ABS-Harz, ein Polymermaterial, das aus der Copolymerisation von drei Monomeren hergestellt wird: Acrylnitril (A), Butadien (B) und Styrol (S), ist ein thermoplastisches Polymer zwischen Allzweckkunststoffen und technischen Kunststoffen. Seine einzigartigen Eigenschaften, wie ausgezeichnete Schlagfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Kältebeständigkeit, chemische Beständigkeit sowie einfache Verarbeitung und Formgebung und ausgezeichneter Oberflächenglanz, machen ABS-Harz zu einem breiten Anwendungsspektrum im Automobilbau, in der Elektronik und bei Elektrogeräten , Textilien, Haushaltswaren und Baumaterialien und viele andere Bereiche. Da die Anwendung von ABS-Harz immer weiter zunimmt, steigen auch die Anforderungen an seine flammhemmenden Eigenschaften.

In diesem Zusammenhang ist eine eingehende Diskussion über die Bedeutung der ABS-Flammschutztechnologie, das Verständnis der effektiven Möglichkeit zur Verbesserung der Flammschutzeigenschaften von ABS sowie die Auswahl geeigneter Flammschutzmitteltypen in den Mittelpunkt der Aufmerksamkeit gerückt Industrie. In diesem Artikel erfahren Sie ausführlich die Kernpunkte der ABS-Flammschutztechnologie.

Der dringende Bedarf an ABS-Flammschutztechnologie

Im modernen Leben und in der industriellen Produktion werden Polymermaterialien aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften bevorzugt. Mit der Erweiterung des Anwendungsbereichs von Polymermaterialien rückt jedoch auch die Bedeutung ihrer flammhemmenden Eigenschaften immer mehr in den Vordergrund. In China wird die Forderung nach Flammschutz für Polymermaterialien immer dringlicher.

ABS-Harz hat als brennbares Material einen Sauerstoffindex von nur 22 % und brennt schnell und mit großer Rauchentwicklung. Dies stellt nicht nur eine Gefahr für die Sicherheit des Personals dar, sondern kann auch zu einer Verschmutzung der Umwelt führen. Daher ist die Verbesserung der Flammhemmung von ABS-Harz zu einer wichtigen Forschungsaufgabe geworden. Wenn jedoch ABS-Harz allein verwendet wird, sind seine flammhemmenden Eigenschaften schlecht und können den Anforderungen praktischer Anwendungen nicht gerecht werden. Um die flammhemmende Wirkung von ABS zu verbessern, ist in der Regel die Zugabe von Flammschutzmitteln erforderlich. Es ist jedoch zu beachten, dass der Zusatz von Flammschutzmitteln tendenziell die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von ABS negativ beeinflusst, insbesondere werden die Schlageigenschaften der Produkte deutlich reduziert. Gleichzeitig ist der Preis für Flammschutzmittel in der Regel zwei- bis dreimal so hoch wie der für ABS, was zweifellos die Produktkosten erhöht.

Strategien zur Verbesserung der Flammschutzeigenschaften von ABS

Als Reaktion auf die Herausforderungen der ABS-Flammhemmung haben Forscher und Ingenieure verschiedene Strategien zu deren Verbesserung vorgeschlagen. Zu diesen Strategien gehören hauptsächlich die Änderung der Komponenten des ABS-Copolymers, das Mischen hochflammhemmender Harze sowie die Zugabe anorganischer Flammschutzmittel und organischer Flammschutzmittel.

1. Austausch der Bestandteile des ABS-Copolymers: Eine Methode besteht darin, Transbutylendien oder Tribromstyrol als viertes Monomer hinzuzufügen und mit Styrol, Butadien und Acrylnitril zu copolymerisieren, um ein vierkomponentiges flammhemmendes Copolymer zu erhalten. Diese Methode hat den Vorteil einer guten Flammhemmung und Haltbarkeit, muss jedoch im Prozess der ABS-Polymerisation hinzugefügt werden, da der Prozess komplex und teuer ist und daher in praktischen Anwendungen weniger eingesetzt wird.

2. Mischen hochflammhemmender Harze: Eine andere Methode besteht darin, die flammhemmende Eigenschaft von ABS durch Mischen hochflammhemmender Harze (wie PVC, CPE usw.) zu verbessern. Allerdings erfordert diese Methode die Zugabe einer großen Anzahl hochflammhemmender Harze, um wirksam zu sein, was einen größeren Einfluss auf die inhärenten Eigenschaften von ABS hat.

3. Anorganische Flammschutzmittel hinzufügen: Anorganische Flammschutzmittel wie Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃), Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) und Molybdäntrioxid (MoO₃) sind ebenfalls wirksame Mittel zur Verbesserung der Flammschutzeigenschaften von ABS. Allerdings müssen diese Flammschutzmittel in großen Mengen (normalerweise mehr als 60 Teile) zugesetzt werden, um eine signifikante Flammschutzwirkung zu erzielen, was zu einer erheblichen Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften von Polymeren und der Verarbeitungsleistung führt und somit an Wert verliert.

4. Fügen Sie organische Flammschutzmittel hinzu: Organische Flammschutzmittel wie Halogenverbindungen und Phosphor-Flammschutzmittel haben den Vorteil, dass sie weniger und eine gute flammhemmende Wirkung haben. Allerdings weisen diese Flammschutzmittel auch eine schlechte Witterungsbeständigkeit, hohe Kosten und schwarze Rauchentwicklung beim Verbrennen auf.

Um die flammhemmende Wirkung und die Kosten auszugleichen, verwenden die meisten der umfassenden Flammschutzverfahren drei Additive, um eine bessere Leistung des raucharmen flammhemmenden ABS-Systems zu erzielen. Dieser Ansatz kann durch sorgfältige Auswahl und Dosierung der Flammschutzmittel gleichzeitig flammhemmende Eigenschaften gewährleisten, die Auswirkungen auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von ABS minimieren und die Kosten kontrollieren.

Auswahl und Anwendung von ABS-Flammschutzmitteln

Bei der ABS-Flammschutztechnologie ist die Auswahl der Flammschutzmittel von entscheidender Bedeutung. Entsprechend der chemischen Zusammensetzung und den Leistungsmerkmalen von Flammschutzmitteln können sie in zwei Kategorien eingeteilt werden: halogenierte Flammschutzmittel und nichthalogenierte Flammschutzmittel.

Halogenierte Flammschutzmittel

Bei halogenierten Flammschutzmitteln handelt es sich hauptsächlich um Brom-Flammschutzmittel, die die Vorteile einer hohen Flammschutzwirkung, einer geringen Dosierung und eines moderaten Preises bieten. Allerdings entsprechen einige bromierte Flammschutzmittel nicht dem RoHS-Verbot und sind nicht umweltfreundliche Produkte, die inzwischen verboten wurden. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Einführung in mehrere gängige bromierte Flammschutzmittel:

1. Polybromierte Diphenylether: Polybromierte Diphenylether-Flammschutzmittel umfassen Octabromdiphenylether und Decabromdiphenylether. Diese Art von Flammschutzmitteln zeichnet sich durch eine hohe Effizienz, eine geringe Dosierung und gute mechanische Eigenschaften aus. Allerdings sind sie inzwischen verboten, da sie nicht dem RoHS-Verbot entsprechen.

2. Decabromdiphenylethan (DBDPE): DBDPE ist eine Art Brom-Flammschutzmittel ohne freies Brom und erzeugt beim Verbrennen keine PBBs und PBDEs, die durch das RoHS-Verbot strengstens verboten sind. Seine Kosten sind mit denen von Decabromdiphenylether vergleichbar, und die Sicherheitsbewertung zeigt, dass DBDPE ein wenig toxisches, nicht reizendes Flammschutzmittel mit negativen Auswirkungen auf zahlreiche In-vivo-Gene und geringer Toxizität bei wiederholten Dosen ist. Daher kann DBDPE als Alternative zu PBDEs bei der Flammschutzausrüstung von ABS verwendet werden.

3. Antimon-Flammschutzmittel: Antimon-Flammschutzmittel ist ein wichtiger Flammschutzsynergist, der allein oder in Kombination verwendet werden kann. Insbesondere in Verbindung mit halogenierten Flammschutzmitteln kann es die Wirksamkeit halogenierter Flammschutzmittel erheblich verbessern. Die Hauptarten sind Antimonoxid (Sb₂O₃), Antimonpentoxid (Sb₂O₅) und Natriumantimonat (NaSbO₃-1/4H₂O).

Das von der YINSU Flame Retardant Company entwickelte Antimontrioxid-Ersatzmittel T3 kann Antimontrioxid auch vollständig ersetzen und in ABS eingesetzt werden. Die zugesetzte Menge beträgt das 1,2-fache der ursprünglichen Antimontrioxidmenge.

4. Bromiertes Epoxidharz: Bromiertes Epoxidharz ist ein aus Tetrabrombisphenol A synthetisiertes Epoxidharz. Es verfügt über eine ausgezeichnete Schmelzfließfähigkeit, eine hohe Flammschutzwirkung, eine ausgezeichnete thermische Stabilität und Lichtstabilität. Gleichzeitig verfügt es über gute physikalische und mechanische Eigenschaften und ist ein ideales ABS-Flammschutzmittel.

5. Bromtriazin: Bromtriazin ist ein neuartiges Flammschutzmittel mit Brom-/Stickstoff-Synergie. Es wird hauptsächlich für flammhemmende ABS-, PBT-, PC/ABS-, HIPS- und andere Kunststoffprodukte verwendet. Bromtriazin hat eine gute thermische Stabilität und elektrische Eigenschaften, eine hervorragende Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung und Lichtbeständigkeit, eine gute flammhemmende Wirkung und ist weit verbreitet.

Halogenfreies Flammschutzmittel

Mit der Verbesserung des Umweltbewusstseins und der Umsetzung des RoHS-Verbots gewinnen halogenfreie Flammschutzmittel zunehmend an Aufmerksamkeit.

1. Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid: Diese beiden anorganischen Füllstoffe werden aufgrund ihrer Halogenfreiheit, Ungiftigkeit, Rauchreduzierung und Kosteneffizienz als Flammschutzmittel bevorzugt.

Ihr flammhemmendes Wirkungsprinzip ist ähnlich, hauptsächlich durch das Flammschutzmittel in der kondensierten Phase (bei hohen Temperaturen bildet Aluminiumhydroxid in der ABS-Materialoberfläche eine Schutzschicht, isoliert Sauerstoff und verringert die Entflammbarkeit des Materials, um die Freisetzung brennbarer Stoffe zu verringern Gase; Magnesiumhydroxid / ABS-Verbundmaterial bei der Verbrennung, die Bildung einer dichten Holzkohleschicht auf der Oberfläche, die Isolierung von Wärme und Zersetzungsprodukten der Wärmediffusion und der Isolationseffekt reduzieren effektiv die Wärmefreisetzungsrate und verzögern die Verbrennung von das Material). Es kann die Wärmefreisetzungsrate des Materials effektiv reduzieren und den Verbrennungsprozess verlangsamen) und den Kühleffekt (Flammschutzmittel können die Temperatur der Materialoberfläche und des Verbrennungsbereichs durch wärmeabsorbierende Dehydrierung, Phasenänderung, Zersetzung und andere wärmeabsorbierende Maßnahmen senken). Reaktionen verhindern, thermischen Abbau verhindern, die Freisetzung brennbarer Gase verringern und die Bedingungen einer anhaltenden Verbrennung zerstören).

Bei alleiniger Verwendung erfordert es jedoch eine große Zugabemenge und kann die mechanischen Eigenschaften des Harzes erheblich beeinträchtigen, sodass es normalerweise nicht als Hauptflammschutzmittel verwendet wird.

2. Flammschutzmittel mit rotem Phosphor: Dieses Flammschutzmittel enthält nur Phosphor und seine Flammschutzwirkung ist besser als bei anderen phosphorhaltigen Flammschutzmitteln.

Seine flammhemmende Wirkung wird hauptsächlich durch das Flammschutzmittel in der kondensierten Phase erreicht, d. um die flammhemmende Wirkung zu erzielen.

Zum Beispiel das von der Firma speziell entwickelte rote Phosphor-Masterbatch ABS-P-20M YINSU Flame Retardant Company für ABS kann mit einer Zusatzmenge von etwa 20 % eine hocheffiziente halogenfreie Flammschutzwirkung gemäß UL94-V0 erzielen. Die Gesamtkosten für Flammschutzmittel sind viel niedriger als die Kosten für Halogen-Flammschutzmittel.

3. Phosphor- und Stickstoff-Verbundflammschutzmittel: Stickstoffhaltige Flammschutzmittel werden hauptsächlich verwendet, um brennbare Gase zu verdünnen oder die Oberfläche des Materials durch die beim Zersetzungsprozess entstehenden nicht brennbaren Gase wie Stickstoff zu bedecken, um die flammhemmende Wirkung zu erzielen. Zu den üblichen stickstoffhaltigen Flammschutzmitteln gehören Melamin, Melamincyanurat (MCA), Melaminpyrophosphat und so weiter.

Flammschutzmittel vom Expansionstyp mit Phosphor und Stickstoff als Hauptkomponenten zeichnen sich durch halogenfreie ABS-Flammschutzmittel aus. Phosphorverbindungen und Stickstoffverbindungen bilden zusammen Phosphor-Stickstoff-Flammschutzmittel, die aufgrund der von Stickstoffverbindungen nach dem Erhitzen freigesetzten Gase wie N2, CO2, NH3, H2O usw. nicht leicht zu verbrennen sind und die Sauerstoffversorgung blockieren , um flammhemmende synergistische und synergistische Effekte zu erzielen.

Die zukünftige Entwicklungsrichtung von ABS-Flammschutzmitteln kann aus folgenden Perspektiven analysiert werden:

1. Umweltschutz und geringe Toxizität: Obwohl halogenierte Flammschutzmittel aufgrund der Tatsache, dass sie bei der Verbrennung giftige und ätzende Substanzen freisetzen können, nach wie vor die Hauptprodukte auf dem Markt sind, steigt die Marktnachfrage nach halogenfreien, umweltfreundlichen Flammschutzmitteln.

2. Hohe Effizienz und Multifunktionalität: Die Forschung und Entwicklung hocheffizienter und multifunktionaler Flammschutzmittel ist ein wichtiger Trend in der Branche. Diese Flammschutzmittel können die Umweltverschmutzung und die Kosten reduzieren, ohne die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Substrats zu beeinträchtigen.

3. Nanotechnologie und Mikroverkapselung: Mit der Weiterentwicklung der Nanotechnologie und der Mikroverkapselungstechnologie sind Oberflächenmodifizierung und ultrafeine Behandlung anorganischer Flammschutzmittel möglich geworden. Diese Technologien tragen dazu bei, die Flammschutzeigenschaften anorganischer Flammschutzmittel zu verbessern, ihre Additivmenge zu reduzieren und ihre Leistung durch ultrafeine Oberflächenmodifizierung, makromolekulare Bindung und andere Methoden zu verbessern.

4. Compoundiertechnologie: Bei einigen Produkten wird die flammhemmende Wirkung der Volumenexpansion durch die Verwendung von Phosphorelementen anstelle von Halogenen erreicht. Solche Verbundwerkstoffe können unter Zusatz spezifischer Flammschutzmittel eine stabile karbonisierte Schicht auf der Oberfläche bilden, die isoliert, das Eindringen von Sauerstoff reduziert, das Tropfen geschmolzener Polymere verhindert und gleichzeitig die Emission von Dämpfen und organischen Substanzen reduziert. Bietet Schutz für das Material. Darüber hinaus bietet das Masterbatch eine gute Hochtemperaturstabilität, einfache Verarbeitung und färbende Eigenschaften.

Mit dem rasanten Wachstum der Haushaltsgeräte- und Automobilindustrie steigt Chinas Nachfrage nach ABS-Harzen weiter und damit auch die Anforderungen an umweltfreundliche und flammhemmende Eigenschaften von ABS. Daher ist die Entwicklung neuer Flammschutzmittel mit hervorragender Leistung nicht nur eine Schlüsselaufgabe in der Forschung an Flammschutzmaterialien, sondern auch eine wichtige Entwicklungsrichtung für die ABS-Industrie.