Με την αυστηροποίηση των παγκόσμιων περιβαλλοντικών κανονισμών και την εμβάθυνση των εννοιών της βιώσιμης ανάπτυξης,επιβραδυντικά φλόγας χωρίς αλογόνοέχουν γίνει η κύρια επιλογή για την επιβραδυντική φλόγα τροποποίηση πολυμερών υλικών. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά αλογονωμένα επιβραδυντικά φλόγας, τα συστήματα χωρίς αλογόνο παράγουν λιγότερο καπνό και διαβρωτικά αέρια κατά την καύση και δεν παράγουν τοξικές ουσίες που μοιάζουν με διοξίνες. Ωστόσο, διάφορα επιβραδυντικά φλόγας χωρίς αλογόνο, όπως ο φώσφορος, το άζωτο, τα υδροξείδια μετάλλων και ο τύπος διαστολής έχουν διαφορετικές ιδιότητες στην αγορά. Ο τρόπος επιστημονικής επιλογής με βάση τα συστήματα υλικών και τα σενάρια εφαρμογών έχει γίνει βασικό ζήτημα που αντιμετωπίζουν οι τεχνικοί. Αυτό το άρθρο θα αναλύσει τη λογική επιλογής επιβραδυντικών φλόγας χωρίς αλογόνο από πολλαπλές διαστάσεις.
Τα ελεύθερα αλογόνου επιβραδυντικά φλόγας λειτουργούν κυρίως με δύο τρόπους: τα επιβραδυντικά φλόγας σε αέρια φάση αποσυντίθενται για να παράγουν μη εύφλεκτα αέρια (όπως άζωτο και υδρατμοί) που αραιώνουν το οξυγόνο και τα εύφλεκτα αέρια. Το επιβραδυντικό φλόγας συμπυκνωμένης φάσης σχηματίζει ένα στρώμα άνθρακα στην επιφάνεια του υλικού, απομονώνοντας τη μεταφορά θερμότητας και οξυγόνου. Τα επιβραδυντικά φλόγας με βάση το φώσφορο (όπως οι φωσφορικοί εστέρες και το πολυφωσφορικό αμμώνιο) δρουν κυρίως στη συμπυκνωμένη φάση, ενώ τα επιβραδυντικά φλόγας με βάση το άζωτο (όπως η μελαμίνη και τα παράγωγά της) δρουν περισσότερο μέσω της αέριας φάσης. Η κατανόηση αυτής της θεμελιώδους διαφοράς είναι το πρώτο βήμα για να κάνετε μια επιλογή.
Ένα μόνο επιβραδυντικό φλόγας συχνά αποτυγχάνει να επιτύχει το επιθυμητό αποτέλεσμα. Το συνεργιστικό σύστημα αζώτου φωσφόρου είναι ο πιο κλασικός συνδυασμός, στον οποίο χρησιμοποιείται πολυφωσφορικό αμμώνιο (πηγή οξέος) σε συνδυασμό με μελαμίνη (πηγή αερίου) για να σχηματίσει ένα πυκνό στρώμα διογκωμένου άνθρακα, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση επιβραδυντικού φλόγας. Τα υδροξείδια μετάλλων (υδροξείδιο αργιλίου, υδροξείδιο μαγνησίου) απαιτούν μεγάλη ποσότητα προσθήκης (συνήθως 50-60%), αλλά εάν συνδυαστούν με μικρή ποσότητα συνεργιστικών όπως οργανοπυρίτιο και βορικός ψευδάργυρος, η ποσότητα προσθήκης μπορεί να μειωθεί και οι μηχανικές ιδιότητες μπορούν να βελτιωθούν.
Τα πολικά πολυμερή (όπως PA και PBT) έχουν καλή συμβατότητα με πολικά επιβραδυντικά φλόγας (όπως με βάση το φώσφορο) και μπορούν να συνδυαστούν μέσω χημικών ή δεσμών υδρογόνου, με ομοιόμορφη διασπορά και ελάχιστη επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες. Οι μη πολικές πολυολεφίνες (PP, PE) είναι πιο κατάλληλες για τη χρήση επιφανειακά τροποποιημένων υδροξειδίων μετάλλων ή μικροενθυλακωμένων επιβραδυντικών φλόγας για τη βελτίωση της διεπιφανειακής σύνδεσης.
Η θερμική σταθερότητα είναι βασικός τεχνικός δείκτης.Υδροξείδιο αργιλίουαρχίζει να αποσυντίθεται πάνω από 200 ℃, επομένως δεν είναι κατάλληλο για επεξεργασία πλαστικών μηχανικής με θερμοκρασίες άνω των 200 ℃. Για υλικά όπως PBT και PA6 με θερμοκρασίες επεξεργασίας μεταξύ 240-280 ℃, θα πρέπει να επιλέγονται επιβραδυντικά φλόγας με βάση το φώσφορο υψηλής θερμικής σταθερότητας (όπως τα υποφωσφορικά) ή το επιφανειακά επικαλυμμένο υδροξείδιο του μαγνησίου.
Τα διαφανή προϊόντα (όπως PC, PMMA) πρέπει να επιλέγουν επιβραδυντικά φλόγας με αντιστοιχία με δείκτη διάθλασης. Τα οργανικά επιβραδυντικά φλόγας σιλικόνης έχουν σχετικά μικρό αντίκτυπο στη διαφάνεια, ενώ τα υδροξείδια μετάλλων μπορεί να προκαλέσουν σοβαρό ψεκασμό. Ο έλεγχος του μεγέθους των σωματιδίων είναι ζωτικής σημασίας και οι διασπορές επιβραδυντικής φλόγας σε επίπεδο υπομικρών μπορούν να ελαχιστοποιήσουν τη σκέδαση του φωτός στο μέγιστο δυνατό βαθμό.
Ο περιοριστικός δείκτης οξυγόνου (LOI) και η δοκιμή θερμιδομετρίας κώνου είναι οι βασικές μέθοδοι αξιολόγησης. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή LOI, τόσο πιο δύσκολο είναι να καεί το υλικό στον αέρα (γενικά>28% θεωρείται επιβραδυντικό φλόγας). Το θερμιδομετρητή κώνου μπορεί να λάβει κινητικές παραμέτρους όπως ο μέγιστος ρυθμός απελευθέρωσης θερμότητας (pHRR) και ο ρυθμός συνολικής απελευθέρωσης θερμότητας (THR), αντανακλώντας επιστημονικά την απόδοση σε πραγματικά σενάρια πυρκαγιάς.
Η προσθήκη επιβραδυντικών φλόγας επηρεάζει αναπόφευκτα τις μηχανικές ιδιότητες. Οι τεχνικές τροποποίησης της επιφάνειας όπως οι παράγοντες σύζευξης σιλανίου και η επεξεργασία με εστέρα οξέος τιτανίου μπορούν να βελτιώσουν τη διεπιφανειακή σύνδεση. Η βελτιστοποίηση μεγέθους σωματιδίων (1-5 μ m είναι η βέλτιστη) και ο μορφολογικός έλεγχος (το υδροξείδιο του μαγνησίου που μοιάζει με φύλλο είναι ανώτερο από το κυβικό) μπορεί να μειώσει τα σημεία συγκέντρωσης τάσεων. Προτείνετε τη χρήση πειραματικών σχεδίων όπως η μέθοδος Taguchi για τη βελτιστοποίηση της αναλογίας επιβραδυντικών φλόγας, σκληρυντικών και λιπαντικών.
Ο ρυθμός συγκράτησης της επιβράδυνσης φλόγας μετά την υγρή θερμική γήρανση (85 ℃/85% RH) και τη γήρανση με υπεριώδη ακτινοβολία είναι το κλειδί για πρακτική εφαρμογή. Ορισμένα επιβραδυντικά φλόγας φωσφορικών εστέρων ενέχουν κίνδυνο υδρόλυσης και απαιτούν μικροενθυλάκωση ή τροποποίηση της μοριακής δομής (εισαγωγή αρωματικών δακτυλίων) για ενίσχυση της ανθεκτικότητας.
Τα διπλά υδροξείδια (LDH), ο μοντμοριλλονίτης και άλλα νανοϋλικά μπορούν να μειώσουν σημαντικά τον ρυθμό απελευθέρωσης θερμότητας όταν προστεθούν σε ποσότητα 3-5% και να έχουν μικρή επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες, αλλά το πρόβλημα της διασποράς πρέπει να λυθεί. Οι νανοσωλήνες άνθρακα/γραφένιο μπορούν να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο στρώμα άνθρακα δικτύου, το οποίο είναι μια νέα κατεύθυνση για αποτελεσματική καταστολή καπνού και επιβράδυνση φλόγας.
Τα επιβραδυντικά φλόγας που προέρχονται από βιομάζα όπως το φυτικό οξύ, το άμυλο και η λιγνίνη γίνονται σταδιακά πρακτικά. Αυτά τα υλικά έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, καλές ιδιότητες ενανθράκωσης και συμμορφώνονται με την έννοια της κυκλικής οικονομίας. Αν και η αποτελεσματικότητα χρειάζεται ακόμη βελτίωση, έχουν αρχίσει να εφαρμόζονται σε τομείς με εξαιρετικά υψηλές περιβαλλοντικές απαιτήσεις.
Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας προσομοίωσης υλικού (μοριακή δυναμική, πρόβλεψη μηχανικής μάθησης), η επιλογή των επιβραδυντικών φλόγας μετατοπίζεται από την εμπειρική δοκιμή και το σφάλμα στον ορθολογικό σχεδιασμό. Στο μέλλον, τα έξυπνα συστήματα επιβράδυνσης φλόγας που συνδυάζουν υψηλή απόδοση, χαμηλή τοξικότητα και πολλαπλές λειτουργίες (καταστολή καπνού, αποφυγή σταξίματος και βελτίωση) θα αποτελέσουν αντικείμενο έρευνας και ανάπτυξης και η βαθιά κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ υλικών, επιβραδυντικών φλόγας και διεργασιών θα είναι πάντα ο τεχνολογικός ακρογωνιαίος λίθος για τις καλύτερες επιλογές.
