Flammschutzmittel + Rauchreduzierung, ein Artikel zum Verständnis der Klassifizierung und Auswahl von Polymer-Flammschutzmitteln zur Rauchunterdrückung

Flammschutzmittel + Rauchreduzierung, ein Artikel zum Verständnis der Klassifizierung und Auswahl von Polymer-Flammschutzmitteln zur Rauchunterdrückung

Bei einem Brand sterben die meisten Menschen nicht an der hohen Temperatur, sondern vor allem daran, dass das brennbare Material beim Verbrennungsprozess giftige, gesundheitsschädliche Gase freisetzt, die zu Vergiftungen oder unzureichender Sauerstoffaufnahme und zum Tod führen.Daher ist die Erforschung und Entwicklung neuer ungiftiger, harmloser Verbrennungsprozesse, die keine oder weniger giftige, schädliche Gase und Ruß erzeugen, flammhemmende Materialien mit guten flammhemmenden Eigenschaften der aktuelle Forschungsschwerpunkt im Bereich Flammschutz.

Derzeit wird das Problem des übermäßigen Rauchs im Feuer hauptsächlich durch die Zugabe von Übergangsmetalloxiden, Magnesium-Zink-Komplexen, Metallhydroxiden, Zinnoxid, Ferrocen, Kupferoxid und anderen Rauchunterdrückungsmitteln gelöst. Neue Rauchunterdrückungsmittel, Verbrennung ohne giftige, schädliche Gase, die durch das Flammschutzmittel erzeugt werden, sind der zukünftige Trend der Forschung und Entwicklung flammhemmender Materialien.

Im Allgemeinen erzeugen Polymere im Verbrennungsprozess viel Rauch, wobei ein Teil des Polymerverbrennungsrauchs giftig ist. Wenn dem Polymer Flammschutzmittel zugesetzt werden, insbesondere halogenierte Flammschutzmittel und Antimontrioxid, entstehen bei der Verbrennung mehr Rauch und giftige Gase.

Rauchzusammensetzung

Schwarzer Rauch besteht aus festen Partikeln und Agglomeraten, die in den Produkten von Verbrennungsgasen schweben.

Es wird allgemein angenommen, dass es drei Möglichkeiten gibt, die Konzentration von schwarzem Rauch zu reduzieren: Eine davon besteht darin, den Abdeckeffekt, den Übertragungseffekt, die Hemmung freier Radikale, die Beschleunigung der Kohlenstoffbildung und andere flammhemmende Prinzipien zu nutzen, um das Verbrennungsmuster zu ändern.Die zweite besteht darin, eine große Anzahl an anorganischen Füllmaterialien zu verwenden, indem der Gehalt an brennbaren Materialien reduziert wird, um die Rauchmenge zu reduzieren. Eine zu große Dosierung führt jedoch zu einer ernsthaften Beeinträchtigung der Leistung des Produkts.Die dritte besteht darin, den synergistischen Effekt des Flammschutzmittelverbunds zu nutzen.

Weißer Rauch entsteht hauptsächlich durch Wasserdampf, der beim Verbrennen des Materials entsteht, sowie durch Wasserdampfkondensat und andere winzige Partikel, die in der Luft schweben.Es gibt auch einige unsichtbare Bestandteile wie Gase, wie HCl, CO₂, CO, HCN und Methan.

Obwohl Wasserdampf für den Menschen ungefährlich ist, verringert er die Lichtdurchlässigkeit und erhöht die Rauchdichte. Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid wirken aufgrund der Absorption von Verbrennungswärme flammhemmend, aber die Entstehung von Wasserdampf ist die Hauptursache für weißen Rauch.Daher ist es von entscheidender Bedeutung, ein Gleichgewicht zwischen Flammschutz und Rauchunterdrückung zu erreichen.

Welche Materialien neigen zur Rauchentwicklung?

Zur Messung der Größe des brennenden Rauchmaterials wird im Allgemeinen die maximale spezifische optische Dichte (Dm) verwendet, die auch als maximale Rauchdichte bezeichnet wird.Je größer die maximale spezifische optische Dichte von Polymeren ist, desto größer ist der Rauch, desto dicker ist der schwarze Rauch beim Verbrennen, desto größer ist die Umweltverschmutzung.Die maximale spezifische optische Dichte häufig verwendeter Polymere ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Aus der Tabelle ist ersichtlich:

1. Polyolefinstruktur oder Polymere mit Benzolring an der Seitenkette, die Rauchmenge ist größer, weil die Polyenkohlenstoffkette zyklisiert werden kann, Polykondensation, die Bildung von graphitisierten Kohlenstoffpartikeln;

2. Während die Seitenkette einen Benzolring am Polymer (z. B. Polystyrol) aufweist, können bei der Verbrennung leicht konjugierte doppelt gebundene ungesättigte Kohlenwasserstoffe erzeugt werden, und dann erfolgt die zyklische Polykondensation der Kohlenstoffkette zu Holzkohle, wobei die Rauchmenge hoch ist.

3. Durch die Dehydrogenchlorid-Cyclisierung von Polyvinylchlorid entsteht auch leicht eine große Menge an Verbrennungsrauchpolymer.

Wegen der Polymerverbrennung Rauchfreier Standard für die maximale spezifische optische Dichte Dm unter 300, also PET, PC, PS, ABS und PVC und andere große Mengen an rauchemittierenden Harzen, die gleichzeitig flammhemmend sind, müssen auch eine Rauchmodifikation durchführen, von denen PVC besonders wichtig ist.

Auswahl an Flammschutzmitteln und Rauchunterdrückungsmitteln

In der heutigen Flammschutztechnologie sind „Flammschutzmittel“ und „Rauchunterdrückung“ vergleichbar, bei einigen Polymeren ist „Rauchunterdrückung“ wichtiger als „Flammschutzmittel“.Bei einigen Polymeren ist die „Rauchunterdrückung“ wichtiger als die „Flammhemmung“, daher ist es sehr wichtig, rauchunterdrückende Flammschutzmittel zu entwickeln.Welche Art von Material hat die Voraussetzungen für eine Rauchunterdrückung?

Wenn ein Material brennt, wird die Flamme zerstreut und die Konvektion der Luft befördert das erzeugte Karbid in die Luft, was der Hauptgrund für die Zunahme der Rauchmenge ist.Wenn das erzeugte Karbid auf der Oberfläche des brennenden Materials verfestigt werden kann, anstatt in der Luft zu schweben, wird die Rauchdichte des Materials erheblich verringert.Der Schlüssel zur Verwirklichung dieser Idee besteht darin, eine Verbindung zu synthetisieren oder zu suchen, die zwischen 700 und 1000 °C geschmolzen werden kann, wobei die Temperaturleistung ähnlich der des Klebstoffs ist.

Gleichzeitig ist bei der Gestaltung rauchfreier Flammschutzmittelformulierungen, soweit möglich, ein Flammschutzmittel mit geringer Rauchentwicklung zu wählen. Die maximale spezifische optische Dichte verschiedener Arten von Flammschutzmitteln ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.Ein Halogen/Antimon-Flammschutzsystem und beschichteter roter Phosphor erhöhen die Rauchmenge und die Diffusion giftiger Gase. Daher müssen Sie bei Verwendung eines Brom-Flammschutzsystems gleichzeitig ein Rauchunterdrückungsmittel hinzufügen.

Zusammenfassend lassen sich Rauchunterdrückungszusätze in zwei Kategorien einteilen: anorganische und organische, wobei anorganische Rauchunterdrückungszusätze am häufigsten verwendet werden.

(1) Anorganische Rauchunterdrückungszusätze

Anorganische Rauchunterdrückungsmittel sind hauptsächlich Metalloxide, Hydroxide und Metallsalze.

A.Molybdän wird häufig als Hilfsmittel zur Rauchunterdrückung von Metalloxiden verwendet, die Hauptsorten sind Molybdäntrioxid, Octamolybdatamin, Calciummolybdat, Calciumphosphomolybdat, Zinkmolybdat usw. sowie Molybdänverbindungen und Antimon, Kupferoxid, Eisenoxid, Cadmiumoxid usw . und mit der besten Rauchunterdrückungswirkung.Eine große Anzahl kommerziell erhältlicher hochwirksamer Molybdänverbindungen zur Rauchunterdrückung sind Molybdäntrioxid und Ammoniumoctamolybdat.

Molybdänverbindungen für das Prinzip der Rauchunterdrückung in der kondensierten Phase durch Vernetzung zur Förderung der Bildung von Holzkohle, um die Rolle der Rauchunterdrückung zu spielen.Beispielsweise bilden Molybdänverbindungen während des Verbrennungsprozesses mit PVC und anderen Harzen Restkohle, die die Oberfläche des Polymers bedeckt, um eine flammhemmende und rauchunterdrückende Wirkung zu erzielen.Wenn Sie ein Rauchunterdrückungsmittel auf Molybdänbasis in einer allgemeinen Menge von 2 bis 3 % hinzufügen, kann die Rauchmenge um 30 bis 80 % der Rauchmenge reduziert werden.

B.Der ferrochemische Rauchunterdrückungsmechanismus in der kondensierten Phase fördert durch Vernetzung die Bildung von Kohlenstoff, aber auch als Oxidationskatalysator wird das Polymer in Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umgewandelt.Die wichtigsten Sorten sind Ferrocen, Ferrocen-1,1-dicarbonsäure, Eisenoxid, Kaliumeisenoxalat, Eisenoxalat usw. sowie Halogenide und Verwendung.

Ferrocen ist ein Cyclopentadienylkomplex von Eisen(II)-eisen.Ferrocen hat eine orangerote Farbe und kann nicht mit phosphorhaltigen Flammschutzmitteln verwendet werden.Und aufgrund der Farbe ist es nicht einfach, die Anwendung zu bewerben.Ferrocen wird hauptsächlich als Rauchunterdrückungsmittel für Hart-PVC verkauft.Alle 100 PVCs mit 0,5 Kopien können die Rauchreduzierung von Hart-PVC um 30 % bis 70 % bewirken.Ferrocen wird im Prozess der PVC-De-HCl, das in der Kohlenstoffschicht vorhanden ist, schnell in α-Fe2O3 umgewandelt.α-Fe2O3 kann dazu führen, dass die karbonisierte Schicht anbrennt und die Oxidation der Kohlenstoffschicht zu CO und CO2 katalysiert, wodurch die Menge an Rußbildung verringert wird.

FeCl2 und FeCl3 sind die Vorläufer der α-Fe2O3-Erzeugung, sie sind auch wirksame Rauchbeseitiger, sie verändern den Crackprozess von PVC nachhaltig, so dass leicht leichter Teer entsteht und so die Entstehung von schwarzem Rauch reduziert wird.

C.Die wichtigsten Arten von Metallhydroxiden sind Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid.Beim Erhitzen von Aluminiumoxid entsteht ein spezifisches Rauchunterdrückungsprinzip. Magnesiumoxid hat eine große Oberfläche und kann Ruß adsorbieren.in der festen Phase, um die Bildung von Holzkohle zu fördern;exothermes Wasser in Wasserdampf, kann brennbare Gase verdünnen, Rauch verdünnen;Es kann zu einer thermischen Zersetzung von halogenhaltigen Verbindungen unter Freisetzung von Halogenwasserstoff kommen (Einfangen von Halogenwasserstoff), wodurch die Rauchmenge in den giftigen Gasen Halogenwasserstoff verringert wird.Die Rauchunterdrückungswirkung einzelner Metallhydroxide war sehr gut, aber die Verwendung von zwei direkten Verbindungen oder die Verwendung von Molybdänverbindungen, Metalloxiden und Metallkompositen erzielte bessere Ergebnisse.

D.Die wichtigsten Arten von Metallsalzen sind Carbonate wie Calciumcarbonat, Borate wie Zinkborat, Phosphate wie Zinkphosphat, Oxalate wie Chrom- und Kupferoxalat, Oxalat usw., Sulfate wie Zinksulfat usw. und Stannate wie Zink Stannat, Aluminat wie Zinkaluminat.

Das Prinzip der CaCO3-Rauchunterdrückung besteht darin, dass es bei der Halogenwasserstoffreaktion (Einfang) rauchen und so stabiles CaCl2 erzeugen kann.Da es sich bei der Reaktion um eine inhomogene Feststoff-Gas-Reaktion handelt, kann sie nur auf der Oberfläche der Feststoffpartikel durchgeführt werden, sodass die Größe der CaCO3-Partikel zu einem wichtigen Faktor für die Wirkung der Rauchunterdrückung wird.Nur winzige Partikel haben eine viel größere spezifische Oberfläche.Nach dem oben genannten Rauchunterdrückungsprinzip können alle Polymere, die beim Verbrennen Halogenwasserstoff erzeugen, wie Vinylchlorid, chlorsulfoniertes Polyethylen, Neoprenkautschuk usw., CaCO3 als Rauchunterdrückungsmittel verwenden.

e.Nano-Flammschutzmittel zur Rauchunterdrückung Nano-Doppelhydroxyl-Verbundmetalloxide (LDH) sind eine Klasse von Verbundmetalloxiden mit Schichtstruktur. Durch die Zugabe von 3–5 Teilen LDH in PVC kann die maximale Rauchdichte der PVC-Verbrennung um 30–50 % verringert werden % und weniger Einfluss auf seine mechanischen Eigenschaften.Gefüllt mit nanoskaligem CaCO3-Verfahren zur Rauchunterdrückung, beträgt die Füllmenge nur etwa 10 %, es wird der gewünschte Effekt erzielt.

F.Reduktionskopplungs-Rauchunterdrückungsmittel, kann den Kopplungsprozess von Additiven bei der Polymerspaltung fördern und nullwertige Metallverbindungen erzeugen, einschließlich einer Reihe von Übergangsmetall-Carbonylverbindungen, Übergangsmetallformiat und -oxalat, einwertige Kupferkomplexe;und einwertige Kupferkomplexe, die Phosphit oder andere Liganden usw. enthalten, wobei die Kupferverbindungen zu den wirksamsten Additiven dieser Art gehören.

Cu(II)-Verbindungen können die beim Cracken entstehende Benzolmenge erheblich reduzieren, und der Vernetzungsgrad von PVC wird stark erhöht, wenn Cu2O bei 200℃~300℃ vorhanden ist.Kupferverbindungen bewirken eine Vernetzung durch reduktive Kopplung, obwohl Kupfersalze die Isomerisierung (cis-trans-Isomerisierung) von Polyenen nicht ohne weiteres katalysieren, obwohl sie auch als schwache Säurekatalysatoren wirken können, um die Friedel-Crafts-Alkylierung zu fördern.

Als geeignetes Reduktionskupplungsmittel sollte es im Allgemeinen folgende Eigenschaften aufweisen:

1. Die elektrochemische Aktivität des Metalls sollte niedrig sein, dh das Metallion sollte auf einen Oxidationszustand von Null reduzierbar sein;

2. Im Metalloxid sollte das Metall einen niedrigeren Oxidationszustand haben oder der Metallkomplex sollte einen oxidierbaren Liganden haben und in der Lage sein, durch thermisch reduktive Eliminierung ein nieder- oder nullwertiges Metall zu erzeugen;

3. Das Metallion sollte über der Verarbeitungstemperatur des Polymers liegen, um reduziert zu werden.

4. Muss kostengünstig und möglichst farblos sein und darf keine nachteiligen Auswirkungen auf die Polymerformulierung haben.

(2) Organische Rauchunterdrückungszusätze

A.Organisches Siliziumsystem, ist eine neue Art von halogenfreiem Flammschutzmittel, aber auch ein Rauchunterdrückungsmittel vom Holzkohletyp, das Polymeren gleichzeitig ein ausgezeichnetes flammhemmendes Rauchunterdrückungsmittel verleiht, aber auch die Verarbeitungseigenschaften des Materials verbessert und verbessert mechanische Festigkeit des Materials, insbesondere Kälteschlagzähigkeit.Das derzeit auf dem Markt befindliche Silikon-Flammschutzmittel SFR100 von General Electric ist ein transparentes, viskoses Silikonpolymer mit einer Vielzahl synergistischer Wirkstoffe (Stearat, Aminpolyphosphat- und Pentaerythrit-Mischungen, Aluminiumhydroxid usw.) und wird für Flammschutzmittel verwendet. Hemmende Polyolefine, niedrige Dosierung, um die allgemeinen Anforderungen an die Flammhemmung zu erfüllen, hohe Dosierung kann dem Substrat eine hervorragende Flammhemmung und Rauchunterdrückung verleihen.

B.Ferrocensystem, die Hauptarten von Ferrocen und einige Salze organischer Säuren.Üblicherweise werden Ferrocen und einige organische Eisenverbindungen verwendet. Sie eignen sich am besten als PVC-Rauchunterdrückungsmittel, wenn sie in einer Menge von 1,5 Teilen hinzugefügt werden.

(3) Synergistisches Flammschutzsystem

Ein synergistisches Flammschutzsystem bezieht sich auf ein Flammschutzsystem, das aus zwei (von denen eine ein Flammschutzmittel und die andere ein synergistischer Wirkstoff ist) oder mehr als zwei Komponenten besteht, deren flammhemmende Wirkung besser ist als die Summe der flammhemmenden Wirkung der einzelnen Komponenten Komponente.Die Vor- und Nachteile des synergistischen Systems werden oft als „synergistische Effizienz“ (SE) ausgedrückt, die als das Verhältnis der Flammschutzeffizienz (EFF) des synergistischen Systems zu der eines einzelnen Flammschutzmittels (ohne Synergistik) definiert ist Mittel) im System (mit der gleichen Additivmenge), und der EFF ist definiert als die Erhöhung des Sauerstoffindex (LOI) des flammhemmenden Substrats pro Masseneinheit des flammhemmenden Elements (innerhalb eines bestimmten Bereichs der Additivmenge). .die Zugabemenge liegt innerhalb eines bestimmten Bereichs).In den meisten Fällen basiert der SE-Wert auf den Ergebnissen des synergistischen Systems mit der besten Flammschutzwirkung.

Für halogenierte Flammschutzmittel in flammhemmendem Polystyrol, ABS und einigen anderen Kunststoffen kann der Komplex aus Antimonoxid und anorganischem Silikat als Synergist verwendet werden.Dieser Synergist ist kostengünstig und weist eine geringe Farbstärke auf.Darüber hinaus bilden Antimonverbindungen/Magnesiumverbindungen – Zinkverbindungen, die den Komplex als synergistisches Mittel des Flammschutzsystems bilden, sowohl die flammhemmende Wirkung als auch die Rauchunterdrückungswirkung.

Zinkstearat/Talk/Eisenverbindungen, aus denen der Komplex besteht, sind ebenfalls ein raucharmes synergistisches Mittel. Durch Zugabe der entsprechenden Menge dieses synergistischen Mittels können einige halogenhaltige flammhemmende Kunststoffe hergestellt werden, die Rauchdichte verringert und die Lichtdurchlässigkeit erhöht.