Flammhemmende Technologie, Mechanismen und Einführung von Flammschutzmitteln für Gummi

Flammhemmende Technologie, Mechanismen und Einführung von Flammschutzmitteln für Gummi

I. Flammhemmende Technologie für Gummi

Mit Ausnahme einiger synthetischer Kautierungen sind die meisten synthetischen Gummiprodukte wie Naturkautschuk entzündbare oder brennbare Materialien. Derzeit sind die primären Methoden zur Verbesserung der Flammdarstellung die Hinzufügung von Flammschutzmitteln oder flammretardanten Füllstoffen sowie das Mischen mit flammretardanten Materialien. Darüber hinaus ist die Einführung von flammretardanten Gruppen in Monomere während der Polymerisation auch eine wirksame Technik in der Flammenhemmung. Die Erhöhung der Vernetzungsdichte von Gummiprodukten wirkt sich auch positiv auf die Flammdarstellung aus. Die Flammschutzmittel für Gummi wird kurz wie folgt eingeführt:

1. Kohlenwasserstoffgummi

Zu den Kohlenwasserstoffen gehören NR (Naturkautschuk), SBR (Styrol-Butadien-Gummi), BR (Butadien-Gummi), IIR (Isobutylen-Isopren-Gummi), EPR (Ethylen-Propylen-Gummi), EPDM (Ethylen-Propylen-Diene-Monomer) usw. usw. . Obwohl NBR (Nitril -Gummi) nicht zu Kohlenwasserstoffkautschuk gehört Die Technologie ist der von Kohlenwasserstoffkautschuhen sehr ähnlich, daher ist sie mit ihnen gruppiert.

Der Sauerstoffindex von Kohlenwasserstoffkautschern liegt ungefähr zwischen 19 und 21 und ihre thermische Zersetzungstemperatur liegt zwischen 200 ° C bis 500 ° C. Ihre Wärmefestigkeit und Flammenhemmung sind im Allgemeinen schlecht, und die Zersetzungsprodukte während der Verbrennung sind meist brennbare Gase. Die häufig verwendeten Flammschutzmittel für diese Gummi sind wie folgt:

Blending with Flame-Retardant Polymers: Blending with polymers such as polyvinyl chloride (PVC), chlorinated polyethylene (CPE), chlorosulfonated polyethylene (CSM), and ethylene-vinyl acetate (EVA) can appropriately improve the flame retardancy of hydrocarbon Gummi. Kompatibilität und Ko-Cros-Linking-Probleme sollten während des Mischens berücksichtigt werden.

Hinzufügen von Flammschutzmitteln: Dies ist ein wichtiger Ansatz zur Verbesserung der Flammverzögerung von Kohlenwasserstoffkautschern. Die synergistischen Auswirkungen kombinierter Flammschutzmittel können die Flammverzögerung weiter verbessern. Häufig verwendete Flammschutzmittel basieren hauptsächlich auf organischer Halogenbasis, wie Perchlorocyclopentadecan, Decabromodiphenylether und chloriertes Paraffin. Anorganische Flammschutzmittel wie Antimon -Trioxid werden häufig zusammen mit Zinkborat, hydratisiertem Aluminiumoxid und Ammoniumchlorid verwendet. Es ist wichtig sicherzustellen, dass halogenierte Flammschutzmittel keine freien Halogene enthalten, da freie Halogene Geräte und Formen während der Verarbeitung korrodieren und die elektrischen und alternden Eigenschaften von Gummi negativ beeinflussen können. Zusätzlich sollte der negative Einfluss der flammhemmenden Dosierung auf die mechanischen Eigenschaften von Gummi berücksichtigt werden.

Hinzufügen von flammretardanten anorganischen Füllstoffen: Füllstoffe wie Calciumcarbonat, Ton, Talk, Siliciumdioxid und Aluminiumhydroxid können verwendet werden, um den Anteil brennbarer organischer Materialien zu verringern. Calciumcarbonat und Aluminiumhydroxid haben endotherme Wirkungen während der Zersetzung. Diese Methode kann jedoch bestimmte physikalische und mechanische Eigenschaften des Gummi reduzieren, sodass der Füllstoffgehalt nicht zu hoch sein sollte.

Zunehmende Vernetzungsdichte: Experimente haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Vernetzungsdichte von Gummi ihren Sauerstoffindex verbessern und damit die Flammen -Verzögerung verbessert. Dies kann auf die erhöhte thermische Zersetzungstemperatur des Gummi zurückzuführen sein. Diese Methode wurde in Ethylen-Propylen-Gummi angewendet.

2. Halogenhaltige Gummi

Halogenhaltige Gummi enthält Halogenelemente mit Sauerstoffindizes im Allgemeinen zwischen 28 und 45. Der Sauerstoffindex von FPM (Fluorkohlenstoffkautschuk) kann sogar 65 überschreiten. Je höher der Halogengehalt in Halogen-haltigen Kautschern ist, desto höher ist ihr Sauerstoffindex, je höher ihr Sauerstoffindex ist. . Diese Kautierungen haben von Natur aus eine hohe Flamme-Referenz und lindern sich selbst. Daher ist ihre flammhemmende Behandlung im Vergleich zu Kohlenwasserstoffkautschern einfacher. Um die Flammverzögerung von halogenhaltigen Gummis weiter zu verbessern, wird typischerweise die Zugabe von Flammschutzmitteln verwendet.

3. Heterochain Gummi

Der repräsentativste für diese Art von Gummi ist Dimethyl -Silikonkautschuk, der einen Sauerstoffindex von etwa 25 aufweist. Die praktischen Flammschutzmittelansätze für sie umfassen die Erhöhung der thermischen Zersetzungstemperatur, die Erhöhung des Rückstands während der thermischen Zersetzung und die Verlangsamung der Erzeugungsrate von brennbare Gase.

Ii. Notwendigkeit von Gummi -Flamme -Rezedanz

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wurden Gummiprodukte in verschiedenen Branchen weit verbreitet. Gummiprodukte wie Draht und Kabel, Gummiseile, Förderbänder, Gummischläder, Luftkanäle, Gummibänder und in der Elektronik- und Elektroindustrie verwendeten Gummibänder müssen die entsprechenden nationalen Standardanforderungen in Bezug auf Flammenhemmung und mechanische Eigenschaften erfüllen. Die Anforderungen an die Flammverzögerung von Gummiprodukten werden immer höher, wodurch die Entwicklung und Anwendung von Flamme - dem Reparaturkautschuk besonders wichtig ist.

Es gibt viele Arten von Gummi, und die Verbrennungseigenschaften verschiedener Gummi sind unterschiedlich. Die meisten Gummi haben einen niedrigen Sauerstoffindex und eine relativ niedrige Zersetzungstemperatur, was sie anfällig für die Verbrennung neigt. Daher ist die Untersuchung der Verbrennungsmerkmale von Gummi, Hinzufügen von Flammschutzmitteln oder die Verbesserung der Verbrennungseigenschaften des Gummi selbst die Hauptmethode geworden, um Flamme zuzubereiten - dem Reparaturkautschuk.

III. S Everal wichtige Wege der Gummi -Flamme -Verzögerung

Die Hauptmethoden der Flammenhemmung sind die thermische Zersetzung und den Verbrennungsprozess. Die spezifische Flamme - Reparaturmethoden sind wie folgt:

1. Fügen Sie ein oder mehrere Substanzen hinzu, um das thermische Zersetzungsverhalten von Gummi zu ändern, die thermische Zersetzungstemperatur des vorbereiteten Gummi zu erhöhen und die während der Zersetzung erzeugten brennbaren Gase zu verringern.

2. Die zugesetzten Substanzen können beim Erhitzen nicht brennbare Gase erzeugen oder viskose Substanzen erzeugen, die Sauerstoff isolieren oder beim Erhitzen Wärme absorbieren können, so dass die drei Verbrennungselemente (brennbare Substanzen, Sauerstoff und Zündtemperatur) nicht erfüllt werden können.

3. Fügen Sie Substanzen hinzu, die ho · erfassen können, um die Kettenreaktion zu unterbrechen und die Flammenausbreitung zu beenden.

Ändern Sie die Struktur oder Eigenschaften der Kautschukmolekularkette, um ihre thermische Zersetzungsfähigkeit zu verbessern, oder machen Sie sie von Natur aus flamm - destoperativ.

Da Gummi mit verschiedenen Zusatzstoffen eine gute Kompatibilität aufweist, ist das Hinzufügen verschiedener Arten von Flammschutzmitteln immer noch ein wichtiges Mittel zur Flamme - derzeit die minderwertige Modifikation von Gummi.

Iv. Der flammretardante Effekt und der Mechanismus von Gummiflammschutzmitteln

• Flammretardante Wirkung von Flammschutzmitteln

Der Hauptgrund, warum Flammschutzmittel ihre flammretardante Wirkung ausüben, ist, dass sie die physikalischen Veränderungen oder Oxidationsreaktionen von Polymeren während der Verbrennung verhindern oder hemmen können. Verbindungen, die einen oder mehrere der folgenden flammretardanten Effekte besitzen, können als Flammschutzmittel verwendet werden.

1. Endothermen Effekt

Wenn sich eine Verbindung beim Erhitzen zersetzt oder Wasser der Kristallisation oder Dehydrate freigibt, absorbiert sie Wärme, wodurch der Temperaturanstieg des Materials hemmt und eine flammretardante Wirkung erzeugt wird. Dies wird als endotherme Effekt bezeichnet. Beispielsweise üben Borax, Aluminiumhydroxid und Calciumcarbonat aufgrund dieses Mechanismus flammretardante Effekte aus.

2. Deckungseffekt (Isolationseffekt)

Bei höheren Temperaturen können Flammschutzmittel eine stabile Abdeckungsschicht bilden oder sich zersetzen, um schaumige Substanzen zu erzeugen, die die Oberfläche des Polymers bedecken. Dies verhindert, dass die brennbaren Gase, die durch die thermische Zersetzung des Polymermaterials erzeugt werden, entkommen und thermische Isolierungen und Luftisolierung liefert, wodurch eine flammretardante Wirkung erzielt wird. Phosphor-Esterverbindungen und feuerrätselige Schaumbeschichtungen sind Beispiele für diesen Typ.

3. Verdünnungseffekt

Der Mechanismus dieses Effekts beinhaltet die Erzeugung einer großen Menge nicht entzündlicher Gase bei der thermischen Zersetzung, die die vom Polymermaterial erzeugten brennbaren Gase verdünnt, was verhindert, dass sie eine brennbare Konzentration erreichen. Gase wie CO₂, NH₃, HCL und H₂O können als Verdünnungsgase dienen. Ammoniumphosphat, Ammoniumchlorid und Ammoniumcarbonat füllen beispielsweise beim Erhitzen solche nicht entzündbaren Gase frei.

4. Hemmungseffekt

Dies sind Inhibitoren, die die für die Zünd- und Verbrennung verantwortlichen Kettenreaktionen für freie Radikale unterbrechen können. Diese Substanzen können wiederholt mit den Hydroxylradikalen (· OH) zur Bildung von Wasser reagieren, die readikale Reaktionskette brechen und die Oxidationsreaktion hemmen. Dies verhindert, dass die Reaktion intensiv genug wird, um sich zu entzünden. Selbst wenn sie in einer starken Wärmequelle entzündet werden, wird das Material nach dem Entfernen der externen Wärmequelle aufgrund einer unzureichenden Wärme, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Häufig verwendete Brom- und Chlor-haltige organische Halogenverbindungen haben diese hemmende Wirkung.

5. Transformationseffekt

Die Rolle dieses Effekts besteht darin, den thermischen Zersetzungsmodus von Polymermaterialien zu verändern, wodurch die Produktion von brennbaren Gasen hemmt. Beispielsweise können Säuren oder Basen verwendet werden, um Cellulose zu dehydrieren, was dazu führt, dass sie sich in Kohlenstoff und Wasser anstelle von brennbaren Gasen zersetzt, wodurch die Verbrennung verhindert wird. Flammschutzmittel wie Ammoniumchlorid und Ammoniumphosphat gehören zu dieser Kategorie.

6. Synergistischer Effekt

Dies beinhaltet hauptsächlich die kombinierte Verwendung von Flammschutzmitteln. Einige Verbindungen haben möglicherweise keinen flammretardanten Effekt oder nur einen schwachen Effekt, wenn sie allein verwendet werden, aber ihre flammretardante Effizienz kann bei der Verwendung in Kombination signifikant verbessert werden. Beispielsweise kann die Kombination von Antimon-Trioxid mit halogenierten Verbindungen die flammeintretende Effizienz erheblich verbessern und die Gesamtmenge an den erforderlichen Flammschutzmittel verringern.

l Hauptflammschutzmittel und ihre Mechanismen

Ø anorganische Flammschutzmittel

1. hydratisierte Metalloxide
Die Hauptsorten umfassen Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid und Zinnhydroxid, von denen Aluminiumhydroxid den größten endothermen Effekt hat und eine hervorragende Flammenhemmung bietet. Ihre flammhemmende Wirkung ist hauptsächlich auf den endothermen Effekt zurückzuführen, und der erzeugte Wasserdampf wirkt ebenfalls als Barriere. Der größte Vorteil dieser Flammschutzmittel ist ihre Nichttoxizität. Sie produzieren keine schädlichen Gase und können auch die Erzeugung von CO während der Verbrennung verringern und als Rauchunterdrückung wirken. Der Hauptnachteil ist ihre niedrige Zersetzungstemperatur, die große Mengen für die Anwendung erfordert und ihre Verwendung auf Polymere beschränkt, die bei niedrigeren Temperaturen verarbeitet wurden, und mit niedrigeren Anforderungen an physikalische und mechanische Eigenschaften. Darüber hinaus absorbiert Magnesiumhydroxid CO leicht ₂ aus der Luft, um Magnesiumcarbonat zu bilden, was weiße Flecken in den Produkten verursacht.

2. Boron und Molybdänverbindungen
Diese Kategorie umfasst hauptsächlich Borsäure, hydratisiertes Zinkborat, Zinkmolybdat, Calciummolybdat und Ammoniummolybdat, wobei hydratisiertes Zinkborat am effektivsten ist. Diese Flammschutzmittel schmelzen bei relativ niedrigen Temperaturen, geben Wasser frei und bilden eine glasige Schicht, die während der Verbrennung Barriere, Endotherme und Verdünnungseffekte liefert. Borbasierte Flammschutzmittel haben einen synergistischen Effekt auf Halogenbasis-Flammschutzmittel. Aufgrund ihrer niedrigen Zersetzungstemperatur können sie nicht für die Flammenhemmung in Polymeren verwendet werden, die bei hohen Temperaturen verarbeitet wurden.

3. Siliziumverbindungen
Diese Flammschutzmittel können während der Verbrennung eine glasige anorganische Schicht (SiO2) erzeugen, die auf das Polymer transportiert wird, um nicht entlagbare kohlenstoffhaltige Verbindungen zu produzieren, wodurch eine Sauerstoffbarriere bildet, die die Verbrennung hemmt. Sie verhindern auch das Tropfen des Polymers beim Erhitzen. Sie produzieren während der Verbrennung keine Flammen, CO oder Rauch und haben auch verstärkende Wirkungen. Daher repräsentieren sie eine vielversprechende Klasse von Nicht-Halogen-Flammstoffe für die Entwicklung.

4. Erweitertes Graphit
Dies ist ein neu entwickelter anorganischer Flammschutzmittel, der in den USA kommerzialisiert wurde. Es bietet einen Barriereffekt und hat einen guten synergistischen Effekt mit rotem Phosphor, der häufig zusammen verwendet wird.

5. Antimon-Trioxid-
Antimon-Trioxid hat in nicht-halogenierten Polymeren nur eine geringe Flammwirkung und wird im Allgemeinen nicht allein als Flammschutzmittel verwendet. Es zeigt eine bessere flammhemmende Wirkung in halogenierten Polymeren und hat einen guten synergistischen Effekt bei der Verwendung mit Halogenbasis-Flammschutzmitteln.

Ø Bio -Flammschutzmittel

1. Flammschutzmittel auf organischer Halogen-Basis
organischer Halogenbasis sind derzeit die am häufigsten verwendeten organischen Flammschutzmittel, hauptsächlich Brom- und Chlorverbindungen. Obwohl Bromide toxisch sind, ist ihre flammhemmende Wirksamkeit Chloriden überlegen und erfordert weniger Menge, was sie bei Benutzern beliebt macht. Die flammhemmende Fähigkeit variiert zwischen verschiedenen Arten von Verbindungen desselben Halogens in der Reihenfolge: Aliphatische> Alicyclic> Aromatic.

Aliphatische Verbindungen haben eine gute Kompatibilität mit Polymeren, aber eine schlechte thermische Stabilität; Aromatische Verbindungen haben eine gute thermische Stabilität, aber eine schlechte Kompatibilität. Aromatische Halogenverbindungen, die Äthergruppen enthalten, haben eine gute Kompatibilität mit Polymeren und hohe thermische Stabilität, was zu einem raschen Anstieg ihrer Verwendung führt. Die am häufigsten verwendeten bromierten Flammschutzmittel sind Decabromodiphenylether und Tetrabromobisphenol A. Zu den häufig verwendeten chlorierten Flammschutzmitteln gehören chlorierte Paraffine und Perchlorocyclodecan. In den letzten Jahren wurde eine Reihe von Halogenflammanteilen mit hohem Molekulargewicht entwickelt, wie z.

Flammschutzmittel auf Halogenbasis produzieren bei der Zersetzung nicht entzündliche Wasserstoffhalogenidgase und liefern Verdünnungs- und Abdeckungseffekte. Noch wichtiger ist, dass Wasserstoffhalogenide mit · h -Radikalen reagieren können, die während der Verbrennung erzeugt werden, wodurch die Kettenreaktion der Polymerverbrennung hemmt und somit eine hemmende Wirkung liefert. Dies macht diese Flammschutzmittel hochwirksam. Brominierte Flammschutzmittel sind wirksamer als chlorierte, vor allem, weil die Reaktionsgeschwindigkeit von HCl mit · Oh langsamer ist als die von HBR mit · Oh.

2. In organischer Phosphor-basierter Flammschutzmittel
basieren derzeit die kommerzialisierten Phosphatester wie Triphenylphosphat (TPP), Tricresylphosphat (TCP), Cresyl-Diphenylphosphat (CDP), TRIS (2,3-Dibropropyl) -Phosphat sowie TRIS (2,3-Dichloropropyl) -Phosphat. Neu entwickelte Sorten umfassen quaternäre Phosphoniumsalze, Phosphazenverbindungen und ihre Polyphosphate, die eine gute Hochtemperaturwiderstand aufweisen, jedoch weniger wirksam sind als die ersteren und noch nicht kommerzialisiert wurden. Der flammhemmende Mechanismus dieser Antworten kann wie folgt zusammengefasst werden.

Während der Verbrennung zersetzen sich Phosphorverbindungen, um nicht entzündbare Flüssigkeitsfilme von Phosphorsäure zu bilden, was einen Abdeckungseffekt liefert. Gleichzeitig dehydrieren Phosphorsäure weiter zur Bildung von Methosphorsäure, die dann zur Bildung von Polymetaphosphorsäure kondensiert, wodurch das Polymer dehydriert und carbonisiert, das Verbrennungsmuster des Polymers und die Bildung eines Kohlenstofffilms auf der Oberfläche verändert und die Einstellung der Erzeugung von der Erzeugung von der Erzeugung der Erzeugung verhindern kann Entflammbare Gase, wodurch eine stärkere Flammwirkung auswirkt. Diese Flammschutzmittel sind für Polymere wirksam, die Hydroxylgruppen wie Cellulose, Polyurethan und Polyester enthalten, aber für sauerstofffreie Polyolefinnpolymere weniger wirksam.

3.. Flammstoffe auf Stickstoffbasis
Diese Flammschutzmittel erzeugen bei der Verbrennung Salpetersäure, die Polymere dehydrieren und carbonisieren und einen Übertragungseffekt liefern können. Sie werden hauptsächlich für die Flammenhemmung in sauerstoffhaltigen Polymeren verwendet, sind jedoch bei Kohlenwasserstoffpolymeren nicht signifikant wirksam. Repräsentative Produkte umfassen Melamin und seine Derivate.

4.. Verbundflammschutzmittel
organische Phosphor/Stickstoff -Intumeszierflammschutzmittel waren in den 1990er Jahren ein heißes Thema bei der Entwicklung von Flammschutzmitteln. Es handelt sich um Flammschutzmittel, die sowohl organischen Phosphor als auch organischen Stickstoff enthalten, die eine einzelne Verbindung (monomer) oder eine Mischung aus zwei oder mehr Verbindungen (Verbund) sein können, typischerweise Mischungen von Phosphatestern und deren Derivate mit stickstoffhaltigen Flammenträgern, solchen, wie als Phosphatester mit Triazinderivaten, Kondensat organischer Amine und Ammonium -Derivate Polyphosphat. Ihr flammhemmender Mechanismus besteht darin, während der Verbrennung eine gleichmäßige kohlenstoffhaltige Schaumschicht auf der Polymeroberfläche zu erzeugen und Isolierungs- und Wärmeabsorptionseffekte zu erzeugen. Diese Flammschutzmittel sind hochwirksam, rauchunterdrückend, tropfvorbereitet, niedrig toxizität und haben erhebliche Entwicklungsaussichten.

• Synergistische Verwendung von Flammschutzmitteln

Flamme-Repräsentanten auf organischer Phosphorbasis und Flammschutzmittel auf organischer Halogenbasis haben einen hervorragenden synergistischen Effekt. Dies liegt daran, dass Flammschutzmittel auf Phosphorbasis in den flüssigen und festen Phasen wirksam sind, während Halogen-Basis-Antworten in der Gasphase wirksam sind. Ihre kombinierte Verwendung kann einen synergistischen Effekt ausüben. Zusätzlich macht die Reaktion von Phosphor mit Halogenen auf PX3-, PX5-, POX3- und andere Halogen-Phosphor-Verbindungen, die schwerer als Wasserstoffhalogenide sind, weniger volatil und wirksamer bei der Abdeckung. Die synergistische Wirkung von Phosphor- und Chlorflammschutzmitteln ist etwas niedriger als der von Phosphor und Brom. Darüber hinaus ist die synergistische Wirkung von anorganischem Antimon-Trioxid mit Flammschutzmitteln auf Halogenbasis auf die Bildung dichter Antimon-Halogenide wie SBCL ₃ und SBBR ₃ während der Verbrennung in Gegenwart von Halogeniden zurückzuführen Radikale im gasförmigen Zustand liefern eine hemmende Wirkung. Mit Siliziumpulver verwendete Halogenverbindungen können auch eine synergistische Wirkung erzeugen, ähnlich der Verwendung von Halogenverbindungen mit Phosphorverbindungen. Die Verwendung von Phosphorverbindungen mit Stickstoffverbindungen kann die Bildung von Polyphosphorsäure während der Verbrennung beschleunigen, wodurch die Bildung der Schaumschicht unterstützt und die Entgehen von Phosphorverbindungen mit Verbrennungsgasen verhindert und somit einen synergistischen Effekt liefert. Phosphor/Stickstoff -Intumescent -Verbundflammschutzmittel werden auf der Grundlage dieses Prinzips entwickelt.

V. Schlussfolgerung

Die Flammverzögerung ist für Gummiprodukte von entscheidender Bedeutung, da sie in verschiedenen Branchen weit verbreitet sind und die meisten Gummi -Materialien inhärent entflammig sind. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über Flammhemmungstechnologien für Gummi, einschließlich Methoden wie Hinzufügen von Flammschutzmitteln oder Füllstoffen, Mischung mit flammretardanten Polymeren und Modifizierung von Gummi-Molekularstrukturen. Es wird auch die Notwendigkeit von Flammenhemmung, wichtigen Flammschutzmechanismen (z.

Yinsu Flame Resparedant ist auf die Entwicklung fortschrittlicher Halogenfree-Flammanteile für Gummianwendungen wie EP-80, XJ-85, XJ-A2 und andere spezialisiert. Diese Produkte nutzen synergistische Effekte und innovative Formulierungen, um die Flammenhemmung zu verbessern und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften von Gummi beizubehalten. Diese Flammschutzmittel sind so konzipiert, dass sie strenge Branchenstandards entsprechen und wirksame Lösungen sowohl für Kohlenwasserstoff- als auch für halogenfreie Gummi bieten, um die Sicherheit und Leistung in verschiedenen Anwendungen zu gewährleisten.