Se zpřísněním globálních ekologických předpisů a prohloubením konceptů udržitelného rozvojebezhalogenové zpomalovače hořeníse staly hlavní volbou pro modifikaci polymerních materiálů zpomalující hoření. Ve srovnání s tradičními halogenovými retardéry hoření produkují bezhalogenové systémy během spalování méně kouře a korozivních plynů a neprodukují toxické látky podobné dioxinům. Různé bezhalogenové zpomalovače hoření, jako je fosfor na bázi, dusík, hydroxidy kovů a expanzní typ mají na trhu různé vlastnosti. Jak vědecky vybírat na základě materiálových systémů a aplikačních scénářů se stalo klíčovým problémem, kterému technici čelí. Tento článek bude analyzovat logiku výběru bezhalogenových zpomalovačů hoření z různých dimenzí.
Bezhalogenové zpomalovače hoření fungují hlavně dvěma způsoby: zpomalovače hoření v plynné fázi se rozkládají za vzniku nehořlavých plynů (jako je dusík a vodní pára), které ředí kyslík a hořlavé plyny; Zpomalovač hoření v kondenzované fázi vytváří na povrchu materiálu uhlíkovou vrstvu, která izoluje přenos tepla a kyslíku. Zpomalovače hoření na bázi fosforu (jako jsou fosfátové estery a polyfosfát amonný) působí hlavně v kondenzované fázi, zatímco zpomalovače hoření na bázi dusíku (jako je melamin a jeho deriváty) působí více v plynné fázi. Pochopení tohoto zásadního rozdílu je prvním krokem při výběru.
Jediný zpomalovač hoření často nedosáhne požadovaného účinku. Synergický systém fosforu a dusíku je nejklasičtější kombinací, ve které se používá polyfosforečnan amonný (zdroj kyseliny) v kombinaci s melaminem (zdroj plynu) k vytvoření husté vrstvy expandovaného uhlíku, což výrazně zlepšuje účinnost zpomalování hoření. Hydroxidy kovů (hydroxid hlinitý, hydroxid hořečnatý) vyžadují velké množství přídavku (obvykle 50-60 %), ale pokud jsou kombinovány s malým množstvím synergentů, jako je organokřemičitý a boritan zinečnatý, může být přidané množství sníženo a mechanické vlastnosti mohou být zlepšeny.
Polární polymery (jako PA a PBT) mají dobrou kompatibilitu s polárními retardéry hoření (jako je fosfor) a lze je kombinovat pomocí chemických nebo vodíkových vazeb s rovnoměrnou disperzí a minimálním dopadem na mechanické vlastnosti. Nepolární polyolefiny (PP, PE) jsou vhodnější pro použití povrchově modifikovaných hydroxidů kovů nebo mikroenkapsulovaných zpomalovačů hoření pro zlepšení mezifázové vazby.
Tepelná stabilita je klíčovým technickým ukazatelem.Hydroxid hlinitýse začíná rozkládat nad 200 ℃, takže není vhodný pro zpracování technických plastů s teplotami nad 200 ℃. Pro materiály jako PBT a PA6 s teplotami zpracování mezi 240-280 ℃ by měly být vybrány zpomalovače hoření na bázi fosforu s vysokou tepelnou stabilitou (jako jsou hypofosfáty) nebo hydroxid hořečnatý s povrchovou úpravou.
Transparentní produkty (jako PC, PMMA) musí volit retardéry hoření s odpovídajícím indexem lomu. Organické silikonové retardéry hoření mají relativně malý vliv na průhlednost, zatímco hydroxidy kovů mohou způsobit silnou atomizaci. Řízení velikosti částic je zásadní a disperze zpomalovače hoření na submikronové úrovni mohou minimalizovat rozptyl světla na co největší možnou míru.
Základními metodami hodnocení jsou Limiting Oxygen Index (LOI) a Cone Calorimetry Test. Čím vyšší je hodnota LOI, tím obtížnější je hoření materiálu na vzduchu (obecně > 28 % je považováno za zpomalovač hoření). Kuželový kalorimetr může získat kinetické parametry, jako je maximální rychlost uvolňování tepla (pHRR) a celková rychlost uvolňování tepla (THR), vědecky odrážející výkon v reálných scénářích požáru.
Přidání retardérů hoření nevyhnutelně ovlivňuje mechanické vlastnosti. Techniky povrchové modifikace, jako jsou silanová vazebná činidla a ošetření esterem kyseliny titaničité, mohou zlepšit mezifázovou vazbu; Optimalizace velikosti částic (optimální je 1-5 μm) a kontrola morfologie (listovitý hydroxid hořečnatý je lepší než kubický) může snížit body koncentrace napětí. Navrhněte použití experimentálních návrhů, jako je metoda Taguchi, abyste optimalizovali poměr zpomalovačů hoření, ztužujících činidel a maziv.
Míra zachování samozhášivosti po stárnutí za mokra (85 ℃/85 % RH) a stárnutí UV zářením je klíčem k praktickému použití. Některé zpomalovače hoření na bázi fosfátových esterů představují riziko hydrolýzy a ke zvýšení trvanlivosti vyžadují mikroenkapsulaci nebo modifikaci molekulární struktury (zavedení aromatických kruhů).
Vrstvené podvojné hydroxidy (LDH), montmorillonit a další nanomateriály mohou významně snížit rychlost uvolňování tepla, když jsou přidány v množství 3-5%, a mají malý vliv na mechanické vlastnosti, ale je třeba vyřešit problém disperze. Uhlíkové nanotrubice/grafen mohou tvořit trojrozměrnou síťovou uhlíkovou vrstvu, což je nový směr pro účinné potlačení kouře a zpomalení hoření.
Zpomalovače hoření získané z biomasy, jako je kyselina fytová, škrob a lignin, se postupně stávají praktickými. Tyto materiály mají vysoký obsah uhlíku, dobré karbonizační vlastnosti a odpovídají konceptu cirkulární ekonomiky. I když je třeba účinnost stále zlepšovat, začaly se uplatňovat v oblastech s extrémně vysokými požadavky na životní prostředí.
S rozvojem technologie simulace materiálů (molekulární dynamika, predikce strojového učení) se výběr retardérů hoření posouvá od empirického pokusu a omylu k racionálnímu návrhu. V budoucnu se inteligentní systémy zpomalující hoření, které kombinují vysokou účinnost, nízkou toxicitu a více funkcí (potlačení kouře, zabránění odkapávání a vylepšení), zaměří na výzkum a vývoj a hluboké porozumění vzájemnému působení mezi materiály, retardéry hoření a procesy bude vždy technologickým základním kamenem pro nejlepší volbu.
