Reaktionsmechanismus von 5 häufig verwendeten Flammschutzmitteln

Reaktionsmechanismus von 5 häufig verwendeten Flammschutzmitteln

Flammschutzmittel sind funktionelle Additive, die brennbaren Polymeren Flammschutz verleihen. Sie sind hauptsächlich für die Flammhemmung von Polymermaterialien konzipiert und erfüllen ihre flammhemmende Rolle durch eine Reihe von Mechanismen, wie z. B. Wärmeabsorption, Abdeckung, Hemmung der Kettenreaktion und Erstickung von nicht brennbarem Gas. Bei den meisten Flammschutzmitteln wirken mehrere Mechanismen zusammen, um den Zweck des Flammschutzmittels zu erreichen.

Die Rolle von Flammschutzmitteln

1. Wärmeaufnahme

Bei jeder Verbrennung in relativ kurzer Zeit wird die freigesetzte Wärme begrenzt. Wenn der Brandherd in relativ kurzer Zeit einen Teil der freigesetzten Wärme absorbieren kann, wird die Flammentemperatur verringert, die Strahlung auf die Verbrennungsoberfläche usw Die Rolle brennbarer Moleküle, die verdampft wurden, um in freie Radikale zu zerfallen, verringert die Wärmemenge und die Verbrennungsreaktion wird bis zu einem gewissen Grad gehemmt.

Unter Hochtemperaturbedingungen geht das Flammschutzmittel eine starke Wärmeabsorptionsreaktion ein, absorbiert einen Teil der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme, senkt die Temperatur der Oberfläche des brennbaren Materials, hemmt wirksam die Entstehung brennbarer Gase und verhindert die Ausbreitung der Verbrennung .Der Flammschutzmechanismus des Al(OH)3-Flammschutzmittels besteht darin, die Flammschutzleistung zu verbessern, indem die Wärmekapazität des Polymers erhöht wird, sodass es mehr Wärme absorbiert, bevor es die thermische Zersetzungstemperatur erreicht. Diese Art von Flammschutzmittel nutzt seine Eigenschaft, bei der Verbindung mit Wasserdampf große Wärmemengen zu absorbieren, voll aus, um so seine eigene Flammschutzfähigkeit zu verbessern.

2. Abdeckwirkung

Nach dem Hinzufügen von Flammschutzmitteln zu brennbaren Materialien können die Flammschutzmittel bei hoher Temperatur eine glasartige oder stabile Schaumdeckschicht bilden, um den Sauerstoff zu isolieren, der die Funktion der Wärmeisolierung und Sauerstoffisolierung hat und verhindert, dass die brennbaren Gase nach außen entweichen um den Zweck der Flammhemmung zu erreichen. Beispielsweise können Organophosphor-Flammschutzmittel beim Erhitzen vernetzter Feststoffe oder karbonisierter Schichten eine stabilere Struktur erzeugen. Die Bildung einer karbonisierten Schicht kann einerseits eine weitere Pyrolyse von Polymeren verhindern, andererseits kann sie ihre interne thermische Zersetzung von Produkten in die Gasphase verhindern, um am Verbrennungsprozess teilzunehmen.

3. Hemmung der Kettenreaktion

Nach der Kettenreaktionstheorie der Verbrennung sind freie Radikale erforderlich, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Flammschutzmittel können in der Gasphasenverbrennungszone wirken, indem sie die freien Radikale in der Verbrennungsreaktion einfangen und so die Ausbreitung der Flamme verhindern, so dass die Flammendichte in der Verbrennungszone abnimmt und letztendlich die Geschwindigkeit der Verbrennungsreaktion bis zum Abbruch abnimmt . Wie bei halogenhaltigen Flammschutzmitteln ist die Verdampfungstemperatur und die Polymerzersetzungstemperatur gleich oder ähnlich. Bei der thermischen Zersetzung des Polymers verflüchtigt sich gleichzeitig auch das Flammschutzmittel. Zu diesem Zeitpunkt werden in der Gasphasenverbrennungszone gleichzeitig halogenhaltige Flammschutzmittel und thermische Zersetzungsprodukte erzeugt. Halogen kann die freien Radikale bei der Verbrennungsreaktion einfangen und so die Kettenreaktion der Verbrennung stören.

4. Erstickende Wirkung von nicht brennbarem Gas

Wenn das Flammschutzmittel erhitzt wird, zersetzt es das nicht brennbare Gas, wodurch die Konzentration brennbarer Gase aus der Zersetzung brennbarer Materialien auf einen Wert unterhalb der unteren Verbrennungsgrenze verdünnt wird. Gleichzeitig wird dadurch auch die Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungszone verdünnt, wodurch die Verbrennung nicht fortgesetzt werden kann und eine flammhemmende Wirkung erzielt wird.

Die überwiegende Mehrheit der Polymere besteht aus Elementen wie Kohlenstoff und Wasserstoff, die leicht entflammbar sind, und beim Verbrennungsprozess findet eine komplexe Kettenreaktion freier Radikale statt, die eine große Menge Wärmeenergie freisetzt, was zu direkten Schäden, aber auch zu Schäden führt das Feuer schnell verstärken.

5 gängige Flammschutzmittel Flammschutzmechanismus

1. Anorganisches Flammschutzmittel

Die flammhemmende Wirkung anorganischer Flammschutzmittel besteht hauptsächlich darin, die Wärmespeicherung und Wärmeleitfähigkeit von Füllstoffen mit großem spezifischem Volumen zu nutzen, so dass das Material nicht leicht die Zersetzungstemperatur erreicht, oder durch die thermische Zersetzung der Flammschutzmittel Wärmeabsorption, so um den Erwärmungsprozess des Hauptmaterials zu mildern oder zu beenden. Der flammhemmende Mechanismus besteht darin, beim Erhitzen kristallines Wasser freizusetzen, zu verdampfen, sich zu zersetzen und Wasserdampf freizusetzen. Dieser Reaktionsprozess muss eine große Menge an Verbrennungswärmeenergie absorbieren, wodurch die Oberflächentemperatur des Materials erheblich gesenkt wird, sodass die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Zersetzung und Verbrennung von Polymermaterialien erheblich verringert wird.

2. Halogenierte Flammschutzmittel

Halogenierte Flammschutzmittel sind derzeit die weltweit größte Produktion organischer Flammschutzmittel. Die Anwendung von mehr halogenierten Flammschutzmitteln sind bromhaltige und chlorhaltige Flammschutzmittel. Die meisten halogenierten Flammschutzmittel sind organischer Natur und das Hauptpolymermaterial weist eine gute Verträglichkeit auf, da ein Flammschutzadditiv keine intrinsische Wirkung auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Polymermaterials selbst hat. Darüber hinaus kann dies bei halogenierten Flammschutzmitteln der Fall sein Die mit der Menge ihrer Zusätze zufrieden stellende Menge ist sehr gering, es kann jedoch eine hervorragende flammhemmende Wirkung erzielt werden. Zu den bromhaltigen halogenierten Flammschutzmitteln zählen aliphatische, alicyclische, aromatische und andere bromierte Verbindungen wie Decabromdiphenylether, Decabromdiphenylethan und Tetrabrombisphenol A. Zu den chlorierten Flammschutzmitteln zählen vor allem chlorierte Paraffine. Der Flammschutzmechanismus von Brom und Chlor ist ähnlich: Bei hoher Temperatur kann die Kohlenstoff-Halogen-Bindung im Halogen-Flammschutzmittel aufgebrochen werden, wodurch Halogenradikale freigesetzt werden und die freien aktiven Radikale, die durch den Abbau von Polymermaterialien aufgrund von Hitze entstehen, wirksam eingefangen werden. Dies kann die Konzentration freier Radikale wirksam reduzieren und so die Kettenreaktion freier Radikale bei der Verbrennung lindern oder beenden. Darüber hinaus hat der bei der Zersetzung von halogenierten Flammschutzmitteln freigesetzte Halogenwasserstoff die Eigenschaft, nicht leicht zu verbrennen, wodurch Sauerstoff effektiv blockiert und gleichzeitig die Verbrennungsreaktion gehemmt wird. Sobald jedoch die Verbrennung von flammhemmendem Polymermaterial zugesetzt wird, entsteht eine große Menge an Halogenwasserstoffgas. Diese Art von Gas ist giftig und ätzend, absorbiert aber auch sehr leicht die Feuchtigkeit in der Luft und bildet eine stark ätzende Halogenwasserstoffsäure Durch eine große Menge an Rauch werden dieser Rauch, giftige Gase und ätzende Gase eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen, aber auch das Löschen von Bränden, Flucht- und Bergungsarbeiten hat große Hindernisse mit sich gebracht.

3. Behandeltes Al(OH)3-Flammschutzmittel

Aluminiumhydroxid, auch bekannt als Aluminiumoxid-Trihydrat (ATH), mit der Summenformel Al(OH)3, ist eines der frühesten anorganischen Flammschutzmittel, das synergistische Wirkungen mit einer Vielzahl von Substanzen haben kann und ungiftig und ungiftig ist -ätzend. Derzeit macht die Verwendung von Aluminiumhydroxid-Flammschutzmitteln mehr als 80 % der Gesamtmenge anorganischer Flammschutzmittel aus und wird häufig in einer Vielzahl von Polymerkunststoffprodukten verwendet. Der Zusatz von Aluminiumhydroxid zu Polymermaterialien verringert die Konzentration brennbarer Polymere. Wenn das Polymermaterial erhitzt wird (ca. 250℃), unterliegt Aluminiumhydroxid einer Dehydratisierungsreaktion und absorbiert eine große Menge an Wärmeenergie, wodurch das Erhitzen des Polymermaterials wirksam verhindert wird. Gleichzeitig kann der bei der Zersetzung entstehende Wasserdampf die bei der Verbrennung entstehende brennbare Gas- und Sauerstoffkonzentration verdünnen, was die kontinuierliche Ausbreitung der Verbrennung hemmt. Gleichzeitig kann die Zersetzung eines anderen Metalloxids, das durch Aluminiumoxid (Al2O3) aufgrund der hohen katalytischen Aktivität erzeugt wird, die thermische Vernetzungsreaktion des Polymers katalysieren und so eine Schicht aus dichtem, karbonisiertem Film auf der Oberfläche des Polymers bilden Verlangsamen Sie effektiv die Verbrennung der Wärmeübertragung und spielen Sie so eine Rolle bei der Flammhemmung. Aluminiumoxid kann außerdem Partikel adsorbieren und die Rußbildung hemmen. Im Allgemeinen ist die flammhemmende Wirkung umso besser, je höher der zugesetzte Aluminiumhydroxidgehalt ist. Zu viel Füllung verringert jedoch die Festigkeit des Polymermaterials und andere Eigenschaften erheblich. Aluminiumhydroxid hat auch einen weiteren Nachteil, nämlich die niedrige Zersetzungstemperatur, zwischen 245 und 320 °C kann eine Dehydratisierungsreaktion stattfinden, sodass die Zugabe von flammhemmendem Aluminiumhydroxid auch die Verarbeitungstemperatur von Polymermaterialien begrenzt.

4. Phosphor-Flammschutzmittel

Je nach Art und Zusammensetzung können Phosphor-Flammschutzmittel in anorganische Phosphor-Flammschutzmittel und organische Phosphor-Flammschutzmittel unterteilt werden. Anorganische Phosphor-Flammschutzmittel umfassen roten Phosphor, Ammoniumphosphat und Ammoniumpolyphosphat usw. Organische Phosphor-Flammschutzmittel umfassen Phosphatester, Phosphit usw. Phosphor-Flammschutzmittel sind ebenfalls eine Art hocheffizienter, stabiler und weit verbreiteter Flammschutzmittel, und ihr Flammschutzmechanismus besteht hauptsächlich darin, einen Isolationsfilm zu bilden, um eine flammhemmende Wirkung zu erzielen.

Als typisches anorganisches Phosphor-Flammschutzmittel weist roter Phosphor einen einzigartigen und komplexen Reaktionsprozess auf. Beim Erhitzen von rotem Phosphor kommt es zunächst zu einer Reihe thermischer Zersetzungsreaktionen. In der niedrigeren Temperaturstufe beginnt sich roter Phosphor langsam umzuwandeln, er zersetzt sich allmählich und erzeugt Phosphorsäure (H₃PO₄). Der Prozess des Aufbrechens und der Reorganisation chemischer Bindungen setzt eine gewisse Wärmemenge frei, gleichzeitig wird aber auch die erzeugte Phosphorsäure freigesetzt auf der Oberfläche des Materials spielt eine Schlüsselrolle.

Phosphorsäure wird unter dem Einfluss hoher Temperatur weiter dehydriert und in eine Reihe kondensierter Phosphatprodukte wie Pyrophosphorsäure (H₄P₂O₇) und Metaphosphorsäure (HPO₃) umgewandelt. Diese kondensierten Phosphorsäuren sind stark hygroskopisch und bilden auf der Oberfläche der Brennstoffe schnell einen glasigen, phosphor- und sauerstoffreichen Flüssigkeitsfilm, den sogenannten Barrierefilm. Das Vorhandensein dieser Isolierfilmschicht ist von Bedeutung, da sie einerseits den Sauerstoff isolieren kann, so dass der Verbrennungsbereich von der Sauerstoffversorgung abgeschnitten oder stark reduziert wird, da Sauerstoff für die Aufrechterhaltung der Verbrennung der Elemente unerlässlich ist. Mangels ausreichender Sauerstoffversorgung kann die Verbrennungsreaktion nur schwer weitergeführt werden und der Brand wird ebenfalls unterdrückt.

Andererseits verhindert diese Folie auch die Diffusion brennbarer flüchtiger Stoffe in den Flammenbereich. Während des Verbrennungsprozesses können die durch die Zersetzung des Materials entstehenden brennbaren, flüchtigen Bestandteile weiterhin in den Flammenbereich gelangen, sodass die Flamme einen stetigen Strom von „Brennstoff“ hinzufügt, während die glasartige Flüssigkeitsmembran wie eine Barriere wirkt Dadurch werden diese flüchtigen Komponenten in der Membran wirksam blockiert und so verhindert, dass sie die Verbrennungsreaktion weiter unterstützen.

Darüber hinaus erzeugt roter Phosphor während des Zersetzungsprozesses einige phosphorhaltige reaktive Zwischenprodukte mit der Fähigkeit, freie Radikale einzufangen, wie PO・, HPO・ und andere freie Radikale. Bei der Kettenreaktion der Verbrennung spielen freie Radikale eine Schlüsselrolle bei der Übertragung und Aufrechterhaltung der Verbrennungsreaktion, und diese phosphorhaltigen reaktiven Zwischenprodukte können schnell mit den hochreaktiven freien Radikalen (z. B. Hydroxylradikal, H, OH usw.) reagieren. entstehen während des Verbrennungsprozesses und wandeln sie in relativ stabile Verbindungen um, wodurch die Kettenreaktion der Verbrennung unterbrochen und der kontinuierliche Verlauf der Verbrennung grundsätzlich behindert wird.

Darüber hinaus können die Zersetzungsprodukte wie Phosphorsäure, die durch roten Phosphor im Verbrennungsbereich entstehen, auch die Karbonisierungsreaktion auf der Oberfläche des Materials katalysieren, was zur schnellen Bildung einer relativ dichten Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche des Materials führt. Diese Holzkohleschicht ist auch eine ausgezeichnete wärmeisolierende Schicht, die die weitere Wärmeübertragung ins Innere des Materials blockieren kann, wodurch die Geschwindigkeit des inneren Materials, den Zündpunkt zu erreichen, verlangsamt wird und außerdem die physikalische Barrierewirkung des Materials verstärkt wird gesamtes Materialsystem und verbessert die flammhemmende Wirkung zusammen mit dem Isolationsfilm weiter, wodurch der rote Phosphor hervorragende flammhemmende Eigenschaften aufweist und in vielen Bereichen, in denen Brandschutz und feuerhemmender Schutz erforderlich sind, eine wichtige Rolle spielt.

5.Silikon flammhemmend

Silikon-Flammschutzmittel umfassen anorganisches Silizium und Silikon, von denen anorganisches Silizium hauptsächlich Kieselsäure, Kieselgel, Silikat und Talk usw. umfasst, die üblicherweise als Füllstoffe verwendet werden; Silikon-Flammschutzmittel ist eine neue Art von halogenfreiem Flammschutzmittel, aber auch ein Rauchunterdrückungsmittel für Holzkohle, bezieht sich hauptsächlich auf Silikonharze, Polysiloxane (Silikonöl, Silikonharze, Silikonkautschuk und eine Vielzahl von Silikoncopolymeren usw.), Polysilane, usw., die sich am schnellsten entwickeln. Die schnellste Entwicklung ist Polysiloxan. Der flammhemmende Mechanismus spiegelt sich hauptsächlich im flammhemmenden Mechanismus der kondensierten Phase wider, d. h. durch die Bildung einer rissigen Kohlenstoffschicht und die Verbesserung der antioxidativen Eigenschaften der Kohlenstoffschicht, um ihre flammhemmende Wirkung zu erzielen. Nach der Zugabe von Organosilicium-Flammschutzmitteln zu Polymermaterialien wandern die meisten Organosilicium-Flammschutzmittel an die Oberfläche des Materials und reagieren bei hoher Temperatur unter Bildung einer kohlenstoffhaltigen Silikatschicht auf der Oberfläche des Polymers, die den Effekt hat das Austreten brennbarer Gase und die Entstehung freier Radikale zu verlangsamen oder zu verhindern. Gleichzeitig fördert das Flammschutzmittel auch die Karbonisierung des Polymers, wodurch die Abbaurate des Polymers verringert wird, so dass es bei hohen Temperaturen nicht leicht zu einer thermischen Zersetzung kommt. Andererseits unterliegen Flammschutzmittel auf Silikonbasis auch einer thermischen Zersetzung, wenn sie Hitze ausgesetzt werden. Dieser Prozess erfordert die Absorption einer großen Wärmemenge, wodurch die Erwärmung von Flammschutzmaterialien verlangsamt oder gestoppt werden kann.

Nachdem wir den Reaktionsmechanismus der fünf häufig verwendeten Flammschutzmittel besprochen haben, können wir den von der YINSU Flame Retardant Company, die auf die Bereitstellung hocheffizienter und umweltfreundlicher Flammschutzlösungen spezialisiert ist, beworbenen Flammschutzprodukten mit rotem Phosphor besondere Aufmerksamkeit widmen, sowie dem wichtigsten roten Phosphor Zu den von der YINSU Flame Retardant Company beworbenen Produkten gehören:

Beschichtetes flammhemmendes Masterbatch mit rotem Phosphor FRP-950 Serie: Hierbei handelt es sich um eine Art mit Mikrokapseln beschichteter roter Phosphor als Hauptmaterial des Flammschutzmittels, bereitgestellt in Form von staubfreiem Granulat, was die Sicherheit bei Lagerung, Transport und Verwendung verbessert. Das Flammschutzmittel der FRP-950-Serie hat die Eigenschaften von geringem Additivmenge, gute Anti-Trennungsleistung, bessere mechanische Eigenschaften usw. und es ist für eine Vielzahl technischer Kunststoffsysteme geeignet, wie z. B. PA6/PA66, PE, PBT-, PPO/HIPS-Legierungen usw. FRP-8050: Dies ist ein Produkt, das von der YINSU Flame Retardant Company für die Flammschutzanforderungen von raucharmen und halogenfreien Drähten und Kabeln entwickelt wurde. Es hat eine sehr kleine Partikelgröße und die Zusatzmenge liegt zwischen 10 und 12 %, wodurch eine hervorragende flammhemmende Wirkung erzielt werden kann. Flammschutzmittel mit rotem Phosphor FRP-750 Serie: Hierbei handelt es sich um ein hochkonzentriertes flammhemmendes Masterbatch, das stabilisierten roten Phosphor und einen neuen Materialkompatibilitätsträger enthält und in Granulatform geliefert wird. Der Kundendienst hat die Gefährlichkeit von rotem Phosphorpulver beseitigt und den Transport und die Verwendung sicherer und zuverlässiger gemacht.FRP-750A Serienprodukte weisen eine hervorragende Flammhemmung und Hitzebeständigkeit im Umweltschutz auf und der Zündpunkt erreicht mehr als 300 °C. Eine Reihe flammhemmender Produkte mit rotem Phosphor, wie beispielsweise rote Phosphorpaste PG-50.

Die Produkte von YINSU Flame Retardant erfüllen die Marktnachfrage nach halogenfreien Flammschutzmitteln mit ihren umweltfreundlichen, halogenfreien, raucharmen und geringen Toxizitätseigenschaften und bieten gleichzeitig eine hervorragende Flammhemmung sowie physikalische und mechanische Eigenschaften, was sie ideal für den Einsatz in a macht breites Sortiment an Harzen, Kunststoffen, Gummi, Beschichtungen und anderen Produkten. Mit diesen Produkten demonstriert YINSU Flame Retardant seine Kompetenz und Innovation im Bereich Flammschutzmittel.