Polymerkohlebildung und Anti-Tropf-Flammschutztechnologie

Polymerkohlebildung und Anti-Tropf-Flammschutztechnologie

Die Verkohlungsbildung ist eine der Schlüsselmethoden für die Festphasenflammhemmung in Polymeren. Durch die Bildung einer kohlenstoffhaltigen Schicht auf der Polymeroberfläche wird der Kontakt zwischen dem Polymerinneren und brennbaren Gasen oder Sauerstoff verhindert und so eine Flammhemmung erreicht.

In flammhemmenden Mechanismen können phosphorhaltige Flammschutzmittel die Verkohlungsbildung in sauerstoffhaltigen Polymeren wie Epoxidharzen, Polyurethanen und ungesättigten Polyestern fördern, indem sie dehydrieren und Verkohlung bilden. Auch borhaltige Flammschutzmittel wie Zinkborat tragen zur Verkokungsbildung bei. Intumeszierende Flammschutzmittel erreichen ihre Flammhemmung durch Verkohlungsbildung und sind daher in dieser Hinsicht besonders wirksam.

I. Polymerverbrennungsprozess und allgemeine Prinzipien der Kohlebildung

Mit jedem Drittel der Kohleausbeute sinkt die Rauchentwicklung um die Hälfte. Um in Polymeren eine maximale spezifische optische Dichte (Dm) von weniger als 100 zu erreichen, sollte die Verkohlungsausbeute mindestens 30 % betragen. Um die Flammschutzklasse UL94V-0 zu erfüllen, muss die Verkohlungsausbeute 30 % überschreiten.

Die meisten Polymere weisen geringe inhärente Verkohlungseigenschaften und Verkohlungsausbeuten auf, wie in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Im Allgemeinen weisen Verbindungen mit einem hohen Doppelbindungsgehalt, wie etwa aromatischen Gruppen, Hydroxylgruppen, Ethergruppen und Estergruppen, stärkere verkohlungsbildende Eigenschaften auf. Beispiele hierfür sind Polyurethan (PU), Polyacetylen, Pentaerythrit, Cellulose und ihre Derivate, Melaminderivate und Isocyanurat.

II. Methoden zur Verbesserung der Ausbeute an Polymerkohle

Zugabe von verkohlenden Flammschutzmitteln: Beispiele hierfür sind Phosphatester, Mittel auf Borbasis und intumeszierende Flammschutzmittel.

Vernetzung zur Förderung der Verkohlungsbildung: Die Zugabe von Vernetzungsmitteln kann die Verkohlungsbildung in Polymeren wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol (PS) verstärken. Bei Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) kann die Pfropfcopolymerisation zur Verkohlungsbildung eingesetzt werden.

Zugabe von verkohlenden Mitteln: Typische verkohlende Mittel sind Pentaerythrit, Isocyanate, Melaminderivate, Cellulose und ihre Derivate, Polyphenylenoxid (PPO), Phenolformaldehyd (PF), Polyetherimid (PEI), Polycarbonat (PC), Polyimid (PI), Polyamid (PA) und thermoplastisches Polyurethan (TPU). Diese Mittel können sich nur selbst verkohlen und können die Verkohlungsbildung in anderen Materialien nicht katalysieren, daher sollte ihr Zusatz mindestens 5 % betragen.

Zugabe katalytischer, verkohlungsbildender Synergisten: Beispiele hierfür sind Metalloxide und Alumosilikate wie Zeolith, Talk, Kaolin und Hydrotalcit. Diese können die Verkohlungsbildung in anderen Komponenten katalysieren und werden typischerweise in Mengen unter 5 % zugesetzt. Beispielsweise kann die Zugabe von 1 % Zinkoxid den Sauerstoffindex einer flammhemmenden ABS-Formulierung um 5 % erhöhen.

III. Flammhemmende Polymer-Anti-Tropf-Technologie

Das Tropfen von Polymer während der Verbrennung bezieht sich auf das Phänomen, dass geschmolzenes Polymer während der Verbrennung herunterfällt. Dies ist bei flammhemmenden Polymeren strengstens verboten, da Tropfen Objekte unter dem brennenden Material entzünden und so zur Brandausbreitung beitragen können. Der UL-Test für vertikale Verbrennung legt fest, dass Tropfen keine darunter liegenden Gegenstände entzünden dürfen.

Viele Polymere weisen Schmelztropfeigenschaften auf, beispielsweise PE, PP, schlagfestes Polystyrol (HIPS), Polyamid (PA) und Polycarbonat (PC). Daher sind Anti-Tropf-Modifikationen erforderlich. Die Technologie zur Bildung von Polymerkohle ist eine der wichtigsten Methoden zur Verhinderung von Tropfen, und die Anti-Tropf-Technologie steht oft im Zusammenhang mit der Bildung von Kohle. Folgende Methoden werden vorgestellt:

Zugabe von Vernetzungsmitteln: Vernetzung ist eine wirksame Methode zur Förderung der Verkokungsbildung und ein Hauptmittel zur Verhinderung von Tropfenbildung. Beispielsweise kann die Zugabe von Vernetzungsmitteln wie Triallylisocyanurat (TAIC) oder Dicumylperoxid (DCP) zu PP Vernetzungsreaktionen auslösen. Dies erhöht die Verkohlungsbildung auf der brennenden Oberfläche und verhindert effektiv geschmolzene Tröpfchen bei hohen Temperaturen.

1. Zugabe von Vernetzungsmittel

Die Vernetzung ist ein wirksamer Weg, um die Bildung von Holzkohle zu fördern, aber auch die wichtigsten technischen Mittel zur Verhinderung von Tropfen, wie z. B. die Zugabe von Triallyltriisocyanat (TAIC) oder Diisopropylperoxidbenzol (DCP) als Vernetzungsmittel in PP, können die PP-Vernetzungsreaktion bewirken, die Oberfläche des Verbrennungsobjekts bei der Verbrennung von Holzkohle vergrößert sich und kann wirksam verhindern, dass die Schmelze bei hohen Temperaturen tropft.

2. Antitropfmittel hinzufügen

Effektiveres Anti-Tropf-Mittel für Polytetrafluorethylen (F4), das Prinzip der Verwendung von F4 bei der Polymerverarbeitung in der Fibrillierungswirkung, eine deutliche Erhöhung der Schmelzfestigkeit und des Elastizitätsmoduls, die Schmelze, auch wenn die Dehnung der Schmelze aufgrund der Festigkeit des Hochs auch nicht tropft, kann eine Rolle bei der Anti-Tropf-Rolle spielen, um die Ausbreitung der Flamme zu reduzieren. Darüber hinaus können die Schmelzfestigkeit und die Antikollapseigenschaften des Polymers erhöht werden.

Heutzutage gibt es zwei Arten von Antitropfmitteln auf dem Markt: reines PTFE und modifiziertes PTFE. Reines Polytetrafluorethylen wird direkt verwendet und weist eine schlechte Dispergierbarkeit auf. Es lässt sich leicht agglomerieren, sodass das Verfahren schwierig anzuwenden ist. Eine schlechte Dispersion führt zu einer schlechten Oberfläche des Produkts und einer schlechten Anti-Tropf-Wirkung.

Derzeit gibt es auf dem Markt eine Art Anti-Tropf-Mittel, ein speziell modifiziertes PTFE-Pulver, typische Produkte wie das von der US-Firma 3M entwickelte Anti-Tropf-Mittel PA-5935, das auf PTFE-Fluorzusätzen basiert, speziell für die Verwendung von SAN zur Behandlung der Verpackung, und die Allzweckharze haben eine bessere Kompatibilität und Transparenz, das Massenverhältnis von PTFE und SAN beträgt 7:3~5:5.

Zusätzlich zum PTFE-Antitropfmittel können einige anorganische Füllstoffe die Rolle des Antitropfmittels übernehmen, insbesondere Talk, organischer Montmorillonit und Metalloxide usw., von denen der organische Montmorillonit auch sowohl kohlebildende als auch migrationshemmende Eigenschaften aufweist.

3. Verträglichkeitsvermittler hinzufügen

Prinzip des Verträglichkeitsverhinderungsschutzes: Fügen Sie Verträglichkeitsvermittler nach der Kompatibilität der Komponenten der Formel hinzu, um die Menge der Holzkohle zu verbessern. Sie kann 15,88 % erreichen, wodurch die Verdichtung der Verbrennungskohleschicht verbessert wird und eine Rolle beim Tropfschutz spielt.

Die Zugabe einer angemessenen Menge PP-g-MAH in der Formel PP/Inflated Flame Retardant (IFR) 70:30 verbessert nicht nur die Flammschutzleistung, sondern sorgt auch für ein tropffreies Verhalten, während die Formel aus reinem PP/Inflated Flame Retardant (IFR) 70:30 ein Tropfphänomen aufweist.