V ozadju vse strožjih okoljskih predpisov in nenehnega izboljševanja standardov v električni, elektronski in avtomobilski industriji je zaviranje gorenja najlonskih (poliamidnih) materialov brez halogenov postalo neizogiben trend. Vendar pa je ob soočanju s številnimi sistemi za zaviranje gorenja brez halogenov, kot so na osnovi fosforja, dušika, anorganskih hidroksidov in silicija na trgu, postalo zapleteno vprašanje, kako narediti znanstvene in učinkovite odločitve, ki vključuje kemijo polimerov, znanost o zgorevanju, reologijo in znanost o vmesnikih kompozitnih materialov. Namen tega članka je zagotoviti strokovno podlago za odločanje o izbiri najlonskih zaviralcev gorenja brez halogenov na podlagi mehanizma delovanja materiala.
Obstaja veliko vrst najlona, njihova kemična struktura in toplotne lastnosti pa neposredno vplivajo na izbiro zaviralcev gorenja.
·PA6 in PA66: imata visoko tališče (>250 ℃), ozko temperaturno območje obdelave in zahtevata, da imajo zaviralci gorenja odlično toplotno stabilnost (temperatura razgradnje mora biti >300 ℃). Priporoča se uporaba zelo stabilnih organskih derivatov fosforja (kot so derivati DOPO) ali soli kovinske fosfinske kisline.
· Pol aromatični najlon (PA6T, PA9T) in visokotemperaturni najlon: temperature obdelave pogosto presežejo 300 ℃ in običajni zaviralci gorenja na osnovi fosforja se lahko razgradijo in odpovejo. Izbrati je treba poseben strukturiran ultravisokotemperaturni sinergistični sistem fosforjevega dušika ali polisiloksanski zaviralec gorenja.
·Prozorni najlon in upogljiv najlon: Obstajajo zahteve glede prosojnosti ali prožnosti, zato je treba izbrati zaviralce gorenja z ujemajočim se lomnim količnikom, učinkom plastificiranja ali izjemno fino velikostjo delcev (nanometrska raven).
Kristaličnost najlona vpliva na porazdelitev in migracijo zaviralcev gorenja. V najlonu z visoko kristaliničnostjo (kot je PA66) se zaviralci gorenja zlahka odbijejo izven kristalnega območja in se koncentrirajo v amorfnem območju, kar lahko povzroči "učinek stenja", ki poslabša gorenje. Pri izbiri je treba upoštevati združljivost med zaviralci gorenja in amorfnimi fazami najlona ali dodatkom nukleacijskih sredstev za prilagoditev kristalne morfologije.
Različni zaviralci gorenja brez halogenov prekinejo cikel zgorevanja po različnih fizikalnih in kemičnih poteh.
Prosti radikali, kot sta PO · in HPO ·, ki jih predstavljata DOPO in njegovi derivati, se sproščajo med zgorevanjem in učinkovito zajemajo radikale H · in OH ·, ki vzdržujejo verižne reakcije v plamenih. Ključni indikatorji za izbiro: Visoka učinkovitost zaviranja gorenja v plinski fazi, nizek zahtevan odmerek za skladnost z UL94 V-0 (običajno 15-20 % v PA66), vendar pomemben vpliv na mehanske lastnosti, zlasti udarno trdnost.
· Ekspandirani zaviralci gorenja (IFR) in materiali na osnovi dušika: ustvarijo porozno in stabilno plast ekspandiranega ogljika na površini zgorevanja, ki izolira toploto in kisik. Primerno za aplikacije, ki zahtevajo visoko temperaturo vžiga žice (GWT). Treba pa je biti pozoren na sinergijski učinek karbonizacije z najlonom. Čisti najlon ima nizko stopnjo karbonizacije, zato je treba izbrati sistem, ki zavira gorenje, ki lahko katalizira dehidrogenacijo in navzkrižno povezovanje najlona v oglje.
· Soli kovinske fosfinske kisline (kot so aluminijeve in cinkove soli fosfinske kisline): imajo učinke plinske in kondenzirane faze. Ne samo, da lahko sprošča proste radikale, ki zavirajo gorenje, ampak lahko njegova kovinska sestava spodbuja tudi nastanek ogljikove/keramične plasti na površini, kar zagotavlja boljšo zaščito proti kapljanju in izolacijo, še posebej primerno za električne priključke.
·Magnezijev hidroksid/aluminij (MDH/ATH): zaviralec gorenja je dosežen z visokimi stopnjami polnjenja (pogosto >50 %), ki temeljijo na absorpciji toplote razgradnje (približno 1,2-1,5 kJ/g) in sproščanju vodne pare za razredčenje vnetljivih plinov. Njegova usodna slabost je močno poslabšanje tekoče obdelave in mehanskih lastnosti. Upoštevajte samo nizkocenovni najlon s polnilom, ki je izjemno občutljiv na stroške in ima nizke zahteve glede zmogljivosti.
Glavni primerjalni parametri zmogljivosti:
· Učinkovitost izboljšanja LOI: povečanje LOI na dodano enoto.
· Razmerje med stopnjo navpičnega zgorevanja UL94 in debelino: ključni ekonomski indikator, ki določa zasnovo debeline stene izdelka in porabo materiala.
· Temperatura vžiga žarilne žice (GWTI): ključna za električno varnost.
Blokiranje ni priporočljivo in najti je treba ravnovesje med več dimenzijami uspešnosti.
Zaviralci gorenja, kot nečistoče, postanejo točke koncentracije napetosti. Izbirna strategija:
·Modifikacija površine: izberite zaviralce gorenja, obdelane s spojnimi sredstvi, kot sta silan in titanat, da izboljšate oprijem na površini.
· Optimizacija velikosti in morfologije delcev: Negativni vpliv submikronskih in sferičnih delcev na natezno in udarno trdnost je manjši kot pri grobih ali kosmičastih delcih.
· Kompozitno utrjevanje: sočasno dodajanje utrjevalnikov, kot je POE, cepljen z anhidridom maleinske kisline, formuli za zaviranje gorenja, da se nadomesti izguba udarne trdnosti.
Električne in elektronske aplikacije zahtevajo visok CTI (v primerjavi z indeksom sledenja puščanju). Nekateri ionski zaviralci gorenja (kot so nadomestki za nekatere bromide) ali zaviralci gorenja z močno higroskopičnostjo lahko znatno zmanjšajo CTI. Sistemi s kovinskimi fosfinati običajno zagotavljajo visoke vrednosti CTI (>600 V).
Visoka dodana količina bo znatno povečala viskoznost taline. Izboljšati ga je treba z optimiziranjem porazdelitve velikosti delcev (široka porazdelitev je včasih ugodnejša od porazdelitve enega vrha) in izbiro zaviralcev gorenja z mazalnimi lastnostmi (kot so nekatere serije estra fosforja). Treba je izvesti reološko testiranje (kapilarni ali rotacijski reometer), namesto da bi se zanašali zgolj na presojo indeksa taline.
·Cvetenje in selitev: zaviralci gorenja z majhnimi molekulami so nagnjeni k obarjanju, kar povzroči lepljivost površine in zmrzal. Izbira visokomolekularnih ali reaktivnih zaviralcev gorenja (ki lahko sodelujejo pri polimerizaciji ali reagirajo s končnimi skupinami najlona) je temeljna rešitev.
· Stabilnost barve: Številni zaviralci gorenja na osnovi fosforja so nagnjeni k porumenelosti med visokotemperaturno obdelavo ali dolgotrajno uporabo. Po termičnem staranju je treba oceniti njegovo začetno kromatičnost in barvno razliko (Δ E).
·Hidrolitična stabilnost: najlon je nagnjen k vpijanju vlage. Če zaviralci gorenja absorbirajo vlago ali spodbujajo hidrolizo, bodo pospešili staranje materiala. Potreben je dolgoročni preskus staranja pri vlagi (kot je 85 ℃/85 % RH).
Izbira zaviralcev gorenja brez halogenov za najlon ni preprosta "zamenjava" ali "poskus", temveč sistematičen projekt oblikovanja formulacije, ki temelji na globokem razumevanju načel medsebojnega delovanja materialov. Idealen zaviralec gorenja bi moral imeti minimalen vpliv na intrinzične lastnosti, predelovalnost in dolgoročno zanesljivost najlonske matrice pod ciljno učinkovitostjo zaviralca gorenja, hkrati pa izpolnjevati regulativne in stroškovne omejitve. Prihodnji trend je razvoj večnamenskih sistemov za zaviranje gorenja z visoko molekulsko maso, reaktivnih brez halogenov, kot tudi inteligentnih rešitev v kombinaciji z nanotehnologijo in sodelujočo tehnologijo, da bi dosegli večnamensko integracijo, kot so zaviranje gorenja, ojačitev in utrjevanje.
