Hva er de forskjellige typene sammensatte flammehemmere?

Sammensatte flammehemmere er en uunnværlig del av moderne materialvitenskap. De kombinerer to eller flere fellerskjellige typer flammehemmende komponenter på en spesifikk måte for å skape en Synergistisk effekt, og oppnå et nivå av flammehemming som et enkelt middel ikke kan. Denne synergistiske hoglingen øker ikke bare flamme-retardant effektivitet, men reduserer også mengden tilsetningsstoff som trengs, og minimerer negative innvirkninger på materialets fysiske egenskaper, for eksempel mekanisk styrke og prosessbarhet.

1. Klassifisering etter flammehemmende mekanisme

Kjernefordelen med sammensatte flammehemmere ligger i synergien av deres flere flammehemmende mekanismer. Basert på deres primære handlingsmåter, kan de kategoriseres som følger:

1. Halogen-uorganiske komposittflammehemmere

   • Kjernekomponenter: Består først og fremst av halogenerte flammehemmere (som dekabromodifenyletan, bromerte epoksyharpikser, etc.) og uorganiske flammehemmere (som antimonitrioksid, magnesiumhydroksyd, aluminiumhydroksyd, etc.).

   • Mekanisme: Halogenerte flammehemmere frigjør halogenradikaler under forbrenning, som fanger radikaler produsert av polymerens termiske nedbrytning, og avbryter forbrenningskjedreaksjonen. Uorganiske forbindelser som antimonitrioksid ( $S{b}_2{O}_3$ ) fungere som en synergist her. Den reagerer med den halogenerte flammehemmende for å danne mer effektive antimonhalogenider (som som $SbC{l}_3$ or $SbB{r}_3$ ), noe som ytterligere forbedrer gassfase-flamme-retardantffekten. Videre absorberer uorganiske hydroksider som magnesium og aluminiumhydroksyd varme når de dekomponerer og frigjør vanndamp for å fortynne brennbare gasser, og danner en fysisk barriere som gir fastfase flammehemming.

   • Applikasjoner: Hovedsakelig brukt i termoplast som polystyren og polypropylen, så vel som i kabelisolasjon og andre isolasjonsmaterialer.

2. Fosfor-nitrogenkompositt flammehemmere

   • Kjernekomponenter: Primært sammensatt av fosforholdige forbindelser (som rød fosfor, fosfatestere, polyammoniumfosfat-PAP, etc.) og nitrogenholdige forbindelser (som melamin, melaminyanurat-MCA, guanidin, etc.).

   • Mekanisme: Den synergistiske effekten av denne typen flammehemmende stoffer er svært betydelig. Fosforholdige forbindelser dehydrater når de oppvarmes for å danne et røyelag, som skaper en tett barriere på materialets overflate. Denne barrieren isolerer materialet fra varme, oksygen og brennbare gasser, og tjener som en Fastfase flammehemming mekanisme. Samtidig dekomponerer nitrogenholdige forbindelser ved høye temperaturer for å produsere ikke-brennbare gasser (som som $N_2$ and $N{H}_3$ ). Disse gassene fortynner effektivt konsentrasjonen av brennbare gasser, og oppnår en Gassfase flammehemmende effekt. De nitrogenholdige forbindelsene fremmer også dannelsen av røyelaget, noe som øker den flammehemmende ytelsen ytterligere.

   • Applikasjoner: Mye brukt i polyuretaner, epoksyharpikser, polyolefiner og andre felt, spesielt der miljøvern er en viktig vurdering, for eksempel innen elektronikk, byggematerialer og transport.

3. Intumescent Composite Flame Retardants (IFR)

   • Kjernekomponenter: IFR er iboende et sammensatt system, som vanligvis inneholder tre nøkkelkomponenter:

     • Syrekilde: Dehydrerer karbonkilden for røyedannelse, for eksempel polyammoniumfosfat (APP), borsyre eller fosforsyre.

     • Karbonkilde: Et stoff som kan katalyseres av syrekilden for å danne et røyelag ved høye temperaturer, som pentaerythritol, stivelse eller sorbitol.

     • Gasskilde: Nedbryter ved høye temperaturer for å produsere ikke-brennbare gasser, noe som får røyelaget til å svelle og skum, for eksempel melamin eller guanidin.

   • Mekanisme: Mekanismen til IFRS er et klassisk eksempel på Fastfase flammehemming . Når den er oppvarmet, produserer syrekilden syre, som får karbonkilden til å dehydrere og danne røye. Samtidig dekomponerer og produserer gasskilden gasser som fører til at det dannende røyelaget skummet og utvides. Dette resulterer i et tykt, ikke-brennbart, porøst skumlag på materialets overflate. Dette skumlaget isolerer ikke bare materialet fra oksygen og varme, men forhindrer også frigjøring av brennbare gasser, og oppnår et svært effektivt flamme-retardant resultat.

   • Applikasjoner: Mye brukt i ingeniørplast, tekstiler, belegg og lim. De er veldig foretrukket for sine Halogenfri og miljøvennlig Egenskaper.

2. Klassifisering etter flammehemmende form og kompatibilitet

I tillegg til mekanismen deres, kan sammensatte flammehemmere også kategoriseres etter deres fysiske form og kompatibilitet med basismaterialet:

1. Pulverkompositt flammehemmere

   • Kjennetegn: To eller flere flammehemmere blir ganske enkelt blandet sammen som mikron- eller nano-størrelse pulver, typisk en blanding av uorganiske og organiske flammehemmere.

   • Fordeler: Enkel produksjonsprosess og relativt lave kostnader.

   • Ulemper: Kan lide av ujevn pulverdispersjon, noe som påvirker stabiliteten til den flammehemmende effekten.

   • Eksempler: En blanding av antimonetrioksid og decabromodifenyletan.

2. Masterbatch kompositt flammehemmere

   • Kjennetegn: Flere flammehemmere er forhåndsutvises til en polymerbærer for å lage pellets med høy konsentrasjon (masterbatches).

   • Fordeler: Flammehemmere er jevnt spredt i basismaterialet, noe som forbedrer stabiliteten og konsistensen av den flammehemmende effekten. Masterbatch -skjemaet gjør også håndtering og prosessering enklere og reduserer støvforurensning.

   • Ulemper: Relativt høye produksjonskostnader, som krever nøye valg av en passende bærerharpiks.

   • Eksempler: En flammehemmende masterbatch laget ved å blande fosfor-nitrogen flammehemmere med en polypropylenbærer.

3. Mikroinnkapslet komposittflammehemmere

   • Kjennetegn: Flammehemmere er innkapslet i et polymer eller annet mikrokapselveggmateriale, og danner en kjerneskallstruktur på mikronnivå.

   • Fordeler: Løser problemet med dårlig kompatibilitet mellom flammehemmere og polymermatrisen, reduserer migrasjon og blødning av tilsetningsstoffene. Det beskytter også flammehemmende mot varme og fuktighet, og forbedrer dens termiske stabilitet.

   • Ulemper: Forberedelsesprosessen er kompleks og kostbar.

   • Eksempler: Mikroinnkapslet rød fosfor, der det ytre skallet effektivt forhindrer oksidasjon og hydrolyse av det røde fosfor, og løser sikkerhetsproblemer under bruken.

Konklusjon

Sammensatte flammehemmere ( Synergistiske flammehemmende systemer ) har blitt en avgjørende retning i utviklingen av flammehemmende teknologi på grunn av deres unike synergistiske effekter. De forbedrer den flammehemmende ytelsen til materialer mens de vurderer miljøvennlighet og prosessbarhet. Ettersom etterspørselen etter miljøvennlige og høyytelsesmaterialer fortsetter å vokse, vil fremtidig forskning fokusere på å utvikle nye, effektive, halogenfrie, lave røyk- og lavtoksisitetssystemer. Disse systemene vil inkorporere avanserte teknologier som nanoteknologi og mikroinnkapsling for å oppnå gjennombrudd i mer høye verdi-tilsatte applikasjoner.