Vilka är de olika typerna av sammansatta flamskyddsmedel?

Kompositflamskyddsmedel är en oundgänglig del av modern materialvetenskap. De kombinerar två eller flera olika typer av flamskyddskomponenter på ett specifikt sätt att skapa en synergiisk effekt, vilket uppnår en nivå av flamskydd som ett enda medel inte kan. Denna synergistiska hochling ökar inte bara flamskyddande effektivitet utan minskar också mängden tillsatsmedel som behövs, vilket minimerar negativa effekter på materialets fysiska egenskaper, såsom mekanisk styrka och bearbetbarhet.

1. Klassificering av flam-retardantmekanism

Kärnfördelen med sammansatt flamskyddsmedel ligger i synergin i deras multipla flamskyddsmekanismer. Baserat på deras primära handlingssätt kan de kategelleriseras enligt följande:

1. Halogen-oorganisk sammansatt flamskyddsmedel

   • Kärnkomponenter: Består främst av halogenerade flamskyddsmedel (som decabromodifenyletan, brominerade epoxihartser, etc.) och oorganiska flamskyddsmedel (såsom antimontrioxid, magnesiumhydroxid, aluminiumhydroxid, etc.).

   • Mekanism: Halogenerade flamskyddsmedel frigör halogenradikaler under förbränning, som fångar radikalerna som produceras av polymerens termiska nedbrytning och avbryter förbränningskedjereaktionen. Oorganiska föreningar som antimontrioxid ( $S{b}_2{O}_3$ ) agera som en synergist här. Den reagerar med den halogenerade flamskyddsmedel för att bilda effektivare antimonhalider (som $SbC{l}_3$ or $SbB{r}_3$ ), ytterligare förbättra gasfasflam-retardanteffekten. Vidare absorberar oorganiska hydroxider som magnesium och aluminiumhydroxid värme när de sönderdelas och frigör vattenånga för att utspäda brandfarliga gaser, och bildar en fysisk barriär som ger fast fasflamfördröjning.

   • Applikationer: Huvudsakligen används i termoplast som polystyren och polypropen, såväl som i kabelisolering och andra isoleringsmaterial.

2. Fosfor-kväve sammansatt flamskyddsmedel

   • Kärnkomponenter: Primärt sammansatt av fosforinnehållande föreningar (som röd fosfor, fosfatestrar, polyammoniumfosfat-pAP, etc.) och kväveinnehållande föreningar (såsom melamin, melamincyanurat-MCA, guanidin, etc.).

   • Mekanism: Den synergistiska effekten av denna typ av flamskyddsmedel är mycket betydande. Fosforinnehållande föreningar dehydrat när de värms upp för att bilda ett kolskikt, vilket skapar en tät barriär på materialets yta. Denna barriär isolerar materialet från värme, syre och brandfarliga gaser och fungerar som en fastfasflamfördröjning mekanism. Samtidigt sönderdelas kväveinnehållande föreningar vid höga temperaturer för att producera icke-brännbara gaser (som $N_2$ and $N{H}_3$ ). Dessa gaser utspädar effektivt koncentrationen av brandfarliga gaser och uppnår en gasfas-retardant effekt. De kväveinnehållande föreningarna främjar också bildningen av kolskiktet, vilket ytterligare ökar flamskyddande prestanda.

   • Applikationer: Används allmänt i polyuretaner, epoxihartser, polyolefiner och andra fält, särskilt när miljöskydd är ett viktigt övervägande, till exempel inom elektronik, byggnadsmaterial och transport.

3. Intumescent Composite Flame Retardants (IFR)

   • Kärnkomponenter: IFRS är i sig ett sammansatt system, vanligtvis innehåller tre viktiga komponenter:

     • Syrakälla: Dehydrater Kolkällan för kolbildning, såsom polyammoniumfosfat (APP), borsyra eller fosforsyra.

     • Kolkälla: Ett ämne som kan katalyseras av syrakällan för att bilda ett kolskikt vid höga temperaturer, som pentaerytritol, stärkelse eller sorbitol.

     • Gaskälla: Sönderdelas vid höga temperaturer för att producera icke-brännbara gaser, vilket gör att kolskiktet sväller och skum, såsom melamin eller guanidin.

   • Mekanism: Mekanismen för IFRS är ett klassiskt exempel på fastfasflamfördröjning . Vid uppvärmning producerar syrakällan syra, vilket får kolkällan att dehydrera och bilda kol. Samtidigt sönderdelar och producerar gaskällan gaser som får bildningsskiktet att skumma och expandera. Detta resulterar i ett tjockt, icke-brännbart, poröst skumskikt på materialets yta. Detta skumskikt isolerar inte bara materialet från syre och värme utan förhindrar också frisättningen av brandfarliga gaser, vilket uppnår ett mycket effektivt flamskyddsresultat.

   • Applikationer: Används allmänt i teknikplast, textilier, beläggningar och lim. De är mycket gynnade för sina halogenfri och miljövänlig egenskaper.

2. Klassificering av Flame Retardant Form and Compatibility

Förutom deras mekanism kan sammansatta flamskyddsmedel också kategoriseras efter deras fysiska form och kompatibilitet med basmaterialet:

1. Pulverkompositflamskyddsmedel

   • Egenskaper: Två eller flera flamskyddsmedel blandas helt enkelt samman som mikron- eller nanostorlekar, vanligtvis en blandning av oorganiska och organiska flamskyddsmedel.

   • Fördelar: Enkel produktionsprocess och relativt låga kostnader.

   • Nackdelar: Kan drabbas av ojämn pulverdispersion, vilket påverkar stabiliteten hos den flam-retardantiska effekten.

   • Exempel: En blandning av antimontrioxid och decabromodifenyletan.

2. Masterbatch Composite Flame Retardants

   • Egenskaper: Flera flamskyddsmedel förförs i en polymerbärare för att skapa högkoncentrationspellets (masterbatches).

   • Fördelar: Flamskyddsmedlarna är enhetligt spridda i basmaterialet, vilket förbättrar stabiliteten och konsistensen av flam-retardanteffekten. Masterbatchformen gör också hantering och bearbetning enklare och minskar dammföroreningar.

   • Nackdelar: Relativt höga produktionskostnader, vilket kräver noggrant val av ett lämpligt bärarharts.

   • Exempel: En flam-retardant masterbatch tillverkad genom att blanda fosfor-kväve flamskyddsmedel med en polypropylenbärare.

3. Mikroinkapslade kompositflamskyddsmedel

   • Egenskaper: Flamskyddsmedel är inkapslade i en polymer eller annat mikrokapslingväggsmaterial och bildar en kärnskalstruktur på mikronnivå.

   • Fördelar: Löser problemet med dålig kompatibilitet mellan flamskyddsmedel och polymermatrisen, vilket minskar migrationen och blödningen av tillsatserna. Det skyddar också flamskyddsmedlet från värme och fukt och förbättrar dess termiska stabilitet.

   • Nackdelar: Beredningsprocessen är komplex och kostsam.

   • Exempel: Mikroinkapslat röda fosfor, där det yttre skalet effektivt förhindrar oxidation och hydrolys av den röda fosforet och löser säkerhetsproblem under dess användning.

Slutsats

Sammansatt flamskyddsmedel ( Synergistiska flamskyddssystem ) har blivit en avgörande riktning i utvecklingen av flamskyddsteknik på grund av deras unika synergistiska effekter. De förbättrar materialets flamskyddande prestanda samtidigt som de överväger miljövänlighet och bearbetbarhet. När efterfrågan på miljövänliga och högpresterande material fortsätter att växa, kommer framtida forskning att fokusera på att utveckla nya, effektiva, halogenfria, lågsmark och lågtoxicitetssystem. Dessa system kommer att innehålla avancerad teknik som nanoteknik och mikroinkapsling för att uppnå genombrott i mer högvärdes-tilläggsapplikationer.