Melamincyanurat (MCA): Einst ein halogenfreies Flammschutzmittel, Analyse seiner Vor- und Nachteile

Melamincyanurat (MCA): Einst ein halogenfreies Flammschutzmittel, Analyse seiner Vor- und Nachteile

1. Übersicht

Melamincyanurat (MCA) mit der Summenformel C₆H₃N₉O₃, ist eine Verbindung, die durch Säure-Base-Salzreaktion von Melamin und Cyanursäure hergestellt wird. MCA hat die Vorteile einer guten Hitzebeständigkeit, Wasserbeständigkeit, geringen Rauchentwicklung, eines niedrigen Preises usw. Derzeit wird Melamincyanurat zur Verbesserung der Flammhemmung von verwendet PA6, PP und PBT.Derzeit wird Melamincyanurat häufig zur Verbesserung der Flammschutz- und Tropfschutzeigenschaften von PA6, PP und PBT eingesetzt und hat gute Ergebnisse erzielt.

MCA ist ein großes planares Molekül, das durch die kontinuierliche Expansion von Melamin und Cyanursäure durch Wasserstoffbrückenbindung entsteht.Die Bildung dieses Moleküls ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Melamin- und Cyanursäuremoleküle planar konjugierte Triazinmoleküle sind, Melamin drei komplexe Gruppen aufweist, während Cyanursäure drei sec-Amino- oder Hydroxylgruppen (reziproke Isomere) aufweist und beide neun bilden Wasserstoffbrückenbindungen in drei Richtungen, die sich selbst zu einem riesigen planaren Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerk mit regelmäßiger Struktur zusammenfügen und den MCA bilden.Die beiden bilden neun Wasserstoffbrückenbindungen in drei Richtungen und organisieren sich so selbst zu einem großen planaren Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerk mit regelmäßiger Struktur, wodurch das MCA-Molekül entsteht.

MCA ist ein weißer, pulverförmiger Feststoff, geruchs- und geschmacksneutral, mit hohem Stickstoffgehalt (48 % ± 2 %) und einer Dichte von 1,5 g/cm³.Aufgrund seiner Lamellenstruktur hat es ein schmierendes Gefühl.Die Verbindung ist hydrophil, unlöslich in Wasser, in Alkoholen, Estern und Etherlösungsmitteln, die Löslichkeit ist sehr gering, kann aber in Ölmedien mit hoher Stabilität gut dispergiert werden, bei 320 °C begann sie zu sublimieren, zersetzt sich aber nicht, die Zersetzungstemperatur beträgt etwa 440 °C 450 ℃.

MCA ist ein stickstoffhaltiges Feinchemikalienprodukt, das Ende der 1970er Jahre im Ausland entwickelt wurde. China begann Anfang der 1980er Jahre mit der Entwicklung von MCA-Produkten im 4 In der technischen Kunststoffindustrie nimmt die Marktnachfrage nach MCA allmählich zu, und im zweiten Halbjahr 2017 gab es einmal ein Überangebot an MCA auf dem Markt.

2. Synthesemethode von Melamincyanurat

Die Herstellungsmethode von MCA ist hauptsächlich die Salzbildungsmethode in der wässrigen Phase von Melamin und Cyanursäure.Melamin und Cyanursäure werden im äquimolaren Verhältnis in Wasser gegeben, und das Verhältnis von Wasser zur Gesamtmasse von Melamin und Cyanursäure beträgt 100:(8~12), auf 85~95℃ erhitzt, etwa 1 Stunde lang umgesetzt und dann gefiltert, um das MCA-Produkt zu erhalten.

3. Charakterisierung von Melamincyanurat

Die folgende Abbildung zeigt die Infrarotspektren von MCA, bei denen 3391 cm^-1 ist der Teleskopschwingungsabsorptionspeak von NH und

3230 cm^-1 ist der charakteristische Absorptionspeak der Hydroxylgruppe, und das Vorhandensein mehrerer Absorptionspeaks im Bereich von 3000 bis 2500 cm beweist das Vorhandensein von Hydroxylbindungspeaks, die durch den Wasserstoffbindungseffekt im MCA-Molekül verursacht werden, 1738 cm^-1 ist der Teleskopschwingungsabsorptionspeak der C=O-Gruppe, 1664 cm^-1 ist der Teleskopschwingungsabsorptionspeak der C=N-Struktur am Triazinring und beträgt 1449 cm^-1 ist der Teleskopschwingungsabsorptionspeak der C=N-Struktur am Triazinring und 1449 cm-1 für den Streckschwingungsabsorptionspeak.

Die Wärmeverlustkurve von MCA unter N₂ Atmosphäre ist in Abb. dargestellt. Die Temperatur einer 1 %igen Zersetzung beträgt mehr als 320 °C.

4. Flammhemmender Mechanismus von Melamincyanuraten

MCA spielt hauptsächlich die Rolle eines Gasphasen-Flammschutzmittels, wenn es flammhemmend ist.MCA absorbiert Wärme und sublimiert und zersetzt sich während des Verbrennungsprozesses, wodurch die Wärme entzogen wird. Gleichzeitig zersetzt es sich und gibt Inertgase wie Ammoniak ab, die den Sauerstoff und die brennbaren Gase verdünnen, um das Material entsprechend flammhemmend zu machen auf die hohe Leistung.Aufgrund seines Gasphasen-Flammschutzmechanismus macht MCA auch flammhemmendes Nylon (keine Glasfasern) beim Erhitzen auf 600 °C, die Menge an Kohlenstoffrückständen beträgt im Allgemeinen 0.

5. Hauptanwendungsgebiete von Melamincyanurat (MCA)

MCA wird häufig als Flammschutzmittel für Nylon, Gummi, Phenolharz, Epoxidharz, Acrylemulsion, PVC und andere Olefine verwendet, mit geringer Dosierung und guter flammhemmender Wirkung.Gleichzeitig ist MCA auch ein gutes Schmiermitteladditiv, Beschichtungsmattierungsmittel und Kunststoffadditive für die Beschichtung.

(1) Flammhemmendes MCA-Nylon

Durch die Zugabe von 8 % MCA in PA6 kann das Nylon den UL94 V-0-Wert erreichen, es ist jedoch nicht stabil.Normalerweise gibt es in 5 Testproben 1 bis 2, die das Phänomen der tropfenden Zündung hervorrufen, auch wenn die Erhöhung der MCA-Menge die Situation nicht ändern kann.Allerdings hat nanoskaliges MCA eine stabilere PA6-Flammschutzwirkung. Durch die Zugabe von 8 % MCA kann PA6 die UL94 V-0-Klasse erreichen.

Die Zugfestigkeit des flammhemmenden PA6-Systems von MCA ist geringer als die des reinen PA6-Systems und nimmt nur geringfügig ab.seine Schlagfestigkeit ist etwa 13 % geringer als die von reinen Nylonprodukten;Die Flammschutzleistung ist jedoch erheblich verbessert, LoI-Wert von 22,3 % auf 28,5 %, UL94-Flammschutzgrad von V-2 auf V-0: Die Schmelzflussrate steigt leicht an, aber nanoskaliges MCA führt zu einer Verringerung der Schmelzflussrate und eine Abnahme der Fließfähigkeit.Allerdings führt nanoskaliges MCA zu einer Verringerung der Schmelzflussrate und einer Verringerung der Fließfähigkeit.

Durch die Zugabe von MCA zu Glasfaser (GF)/PA66 können GE/PA66-Verbundwerkstoffe das V-0-Niveau von UL 94 erreichen;MCA-Kristalle sind gleichmäßig in der Nylonmatrix verteilt, und während der Verbrennung zersetzt sich MCA durch seine eigene Wärmeabsorption, erzeugt nicht brennbares Gas, entfaltet eine flammhemmende Wirkung in der Gasphase und hinterlässt nanoskalige Poren auf der restlichen Kohlenstoffoberfläche von Verbundmaterialien.

(2) Synergistisches Flammschutzmittel MCA PET

MCA wurde auf flammhemmende PET-Klebebänder aufgebracht.Durch die Zugabe von MCA zur Klebstofflösung von PET-Klebebändern können PET-Klebebänder bessere Flammschutzeigenschaften aufweisen, d. h. sie verkohlen und kräuseln sich und sind bei Entzündung selbstverlöschend.

Darüber hinaus wurde MCA auch zur Herstellung eines mit MCA gemischten Flammschutzmittels PET verwendet. Wenn der Phosphorgehalt 0,6 % und die MCA-Zugabe 5 % betrug, erreichte der Grenzsauerstoffindex des Verbundmaterials 28 % und UL 94 V- 0.Dies zeigt, dass die Zugabe von MCA die flammhemmenden Eigenschaften von PET verbessert.

(3) Flammhemmender Polyurethan-Hartschaum MCA (RPUF/MCA)

MCA wurde als Flammschutzmittel zur Herstellung von RPUF/MCA verwendet.30 Teile MCA führten dazu, dass die RPUF/MCA-Verbundwerkstoffe das V-1-Niveau von UL94 erreichten, mit einem endgültigen Sauerstoffindex von 22,0 %.Die Zugabe von MCA reduzierte sowohl die anfängliche thermische Zersetzungstemperatur als auch die Verbrennungsrauchdichte der Verbundwerkstoffe, was die flammhemmenden Eigenschaften der Verbundwerkstoffe wirksam verbesserte.

6. Vor- und Nachteile von MCA

1. Hohe thermische Stabilität: MCA kann bei hohen Temperaturen eine stabile flammhemmende Wirkung aufrechterhalten, ist nicht leicht zu zersetzen und kann die Verbrennungsleistung des Materials wirksam verringern.

2. Hervorragende flammhemmende Wirkung: MCA kann eine Schutzschicht im Material bilden, die Verbrennungsquelle effektiv isolieren, die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit verringern und den Flammschutzgrad des Materials verbessern.

3. Halogenfrei: MCA enthält keine giftigen Elemente wie Brom und Chlor.4.

4. Gute Wärmealterungsbeständigkeit: MCA weist eine gute Wärmealterungsbeständigkeit im Material auf, was die Lebensdauer des Materials verlängern kann.

5. Geringer Einfluss auf die Materialeigenschaften: MCA hat einen geringen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften des Materials und hat ein breites Anwendungsspektrum.

Allerdings gibt es einige Nachteile von Melamincyanurat.Erstens können bei der Herstellung giftige Gase entstehen, die die Umwelt verschmutzen.Zweitens ist der Preis für Melamincyanurat hoch, was die Produktionskosten des Produkts erhöht.Darüber hinaus kann Melamincyanurat bei hohen Temperaturen giftige Gase freisetzen, die die menschliche Gesundheit beeinträchtigen können.

Daher ist es bei der Verwendung von Melamincyanurat notwendig, auf seine Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen zu achten und nach umweltfreundlicheren und sichereren Alternativen zu suchen, um die nachhaltige Entwicklung von Flammschutzmitteln zu fördern.Gleichzeitig werden mit dem zunehmenden Bewusstsein für den Umweltschutz grüne und umweltfreundliche halogenfreie Flammschutzmittel zum zukünftigen Entwicklungstrend.