Hầu hết các vật liệu polymer là vật liệu dễ cháy và dễ cháy, với tốc độ giải phóng nhiệt cao, giá trị nhiệt lượng cao, tốc độ lan truyền ngọn lửa nhanh, khó dập tắt, và đôi khi tạo ra khói dày và khí độc hại, đe dọa đến tính mạng của mọi người và an toàn tài sản. Do đó, có các tiêu chuẩn phòng chống cháy tương ứng cho các vật liệu như thiết bị điện tử và vật liệu xây dựng hộ gia đình, và thêm chất chống cháy là cách chính để đạt được độ trễ của ngọn lửa polymer.
Thứ nhất, định nghĩa của chất chống cháy.
Chất chống cháy, còn được gọi là chất chống cháy, tác nhân chống cháy hoặc chất chống cháy, là một tác nhân phụ trợ được sử dụng để cải thiện khả năng chống cháy của vật liệu, ngăn ngừa đánh lửa vật liệu và ngăn chặn sự lan truyền của ngọn lửa. Nó giúp ngăn chặn các đám cháy, làm chậm sự lây lan của các đám cháy, giảm giải phóng nhiệt, khói và khí thải độc hại. Điều quan trọng nhất là tăng thời gian để trốn thoát an toàn.
Lịch sử của chất chống cháy có thể được truy nguyên từ năm 1820. Kể từ những năm 1960, chất chống cháy đã dần được sản xuất và áp dụng với số lượng lớn. Cho đến nay, chất chống cháy đã phát triển thành chất phụ gia lớn thứ hai sau khi dẻo.
Cơ chế chống cháy của chất chống cháy chủ yếu bao gồm:
1) Hấp thụ nhiệt: Chất làm chậm ngọn lửa phân hủy và bay hơi khi được làm nóng, hấp thụ nhiệt và làm giảm nhiệt độ bề mặt của các chất dễ cháy, đóng vai trò trong độ trễ ngọn lửa;
2) Chức năng bảo hiểm: Sau khi sưởi ấm, một lớp phủ được hình thành để cung cấp hàng rào cách nhiệt và oxy;
3) Phản ứng phá vỡ chuỗi: Chụp các gốc tự do được tạo ra bằng cách đốt cháy để trì hoãn hoặc chấm dứt phản ứng đốt cháy;
4) Gas không dễ cháy: Làm nóng phân hủy khí không dễ cháy, làm loãng oxy và nồng độ khí dễ cháy.
Thứ hai, các loại chất chống cháy.
Có nhiều loại chất chống cháy, có thể được chia thành chất làm chậm ngọn lửa hữu cơ và chất làm chậm ngọn lửa vô cơ theo cấu trúc hóa học của chúng. Theo loại nguyên tố, nó có thể được chia thành hệ thống halogen, hệ thống phốt pho, hệ thống nitơ, hệ thống silicon, hệ thống nhôm magiê, hệ thống molypden, v.v. Biểu đồ sau đây là phân loại thô của chất chống cháy:
Các chất chống cháy hiện đang được sử dụng chủ yếu bao gồm các halogen vô cơ, hữu cơ và halogen hữu cơ. Hiệu suất, hiệu quả của chất chống cháy, thân thiện với môi trường và lợi thế của ba chất chống cháy này như sau:
Một là chất chống cháy halogen.
Chất làm chậm ngọn lửa halogen đề cập đến chất làm chậm ngọn lửa hữu cơ chủ yếu bao gồm halogen, được sử dụng rộng rãi từ những năm 1960. Chất chậm phát triển ngọn lửa Brom là đại diện của nó và là một trong những chất làm chậm ngọn lửa hữu cơ lớn nhất được sản xuất trên thế giới. Chất làm chậm ngọn lửa Brom bị phân hủy ở 300 độ và có thể nắm bắt các gốc tự do được tạo ra bởi các phản ứng thoái hóa polymer, do đó trì hoãn hoặc chấm dứt các phản ứng đốt cháy và giải phóng khí HBR chống cháy để ngăn chặn khí đốt.
Sản phẩm chính: Tetrabromobisphenol A, Decabromodiphenyl ethane, v.v.
Các tính năng: Hiệu quả chống cháy cao, sử dụng thấp, giá vừa phải, tác động tối thiểu đến tính chất vật liệu, nhưng khói đốt cháy cao và giải phóng các khí độc hại và ăn mòn.
Hình 10 Bromodiphenylethane FLAME Masterbatch, được sản xuất bởi HAIWANG Chemical.
Cộng đồng quốc tế đã liên tục đưa ra các quy định và chính sách như Công ước POPS, WEEE, ROHS, Reach, v.v. Do sự khan hiếm và độc quyền của tài nguyên brom trên thế giới, giá Bromine đã tăng nhanh và lợi thế chi phí của chất chống cháy lửa dựa trên Brom đã dần mất đi, dẫn đến giảm thị phần dần dần.
Thứ hai là chất làm chậm ngọn lửa dựa trên phốt pho.
Chất chống cháy phốt pho bao gồm chất chống cháy phốt pho hữu cơ và chất chống cháy phốt pho vô cơ. Các tính năng chính: Độc tính thấp, khói thấp, halogen thấp hoặc thậm chí không có halogen, hiệu quả cao và liều lượng thấp.
Microcapsule Red phốt pho masterbatch cho dây hình ảnh, Hanzhong Zall.
1) Chất chống cháy phốt pho hữu cơ.
Sản phẩm chính: este axit phosphonic, este phốt phát, este hypophosphite, muối phốt phát hữu cơ, oxit phosphine, các hợp chất nitơ phốt pho, v.v.
Các sản phẩm phân hủy nhiệt của các hợp chất có chứa phốt pho có tác dụng mất nước mạnh, có thể cacbon hóa bề mặt polymer được bao phủ bởi carbon, tạo thành màng carbon, cô lập không khí và đạt được hiệu ứng chống cháy.
Nhược điểm: Kháng nhiệt kém, biến động cao, suy giảm nhiệt độ biến dạng nhiệt nhựa.
2) Chất chống cháy phốt pho vô cơ:
Sản phẩm chính: Phốt pho đỏ, Phốt pho đỏ vi mô, Ammonium phosphate, Ammonium polyphosphate (APP), v.v.
Ứng dụng được áp dụng cho các hệ thống chống cháy ngọn lửa, chủ yếu được sử dụng cho polyolefin, bọt polyurethane, lớp phủ và chất chống cháy khác.
Thứ ba là kim loại hydroxit.
Chủ yếu bao gồm nhôm hydroxit và magiê hydroxit, nó là một chất chống cháy tích hợp độ trễ ngọn lửa, ức chế khói và làm đầy. Các tính năng chính: không độc hại, không ăn mòn, ổn định tốt, không ổn định tốt, không khí độc, ức chế khói, v.v.
Một là nhôm hydroxit.
Nhôm hydroxit, được viết tắt là ATH, có chất chống cháy, ức chế khói và các chức năng làm đầy, không độc hại và không tốn kém, và là chất chống cháy vô cơ quan trọng nhất. Ath bắt đầu khử nước và hấp thụ nhiệt ở khoảng 250 độ, tạo ra oxit nhôm trên bề mặt vật liệu và ngăn chặn quá trình đốt cháy của nó. Thích hợp cho chất đàn hồi, nhựa nhiệt, nhựa nhiệt dẻo, v.v.
Hình ảnh: Ultra Fine High White Aluminum Hydroxit từ Trung Quốc Super League Corporation.
Thứ hai là magiê hydroxit.
Magiê hydroxit hiện là chất làm chậm ngọn lửa phụ gia được phát triển với khói thấp và tính chất không độc hại, có thể trung hòa khí axit và ăn mòn trong quá trình đốt cháy. Nhiệt độ phân hủy của magiê hydroxit cao hơn ATH, từ 350 đến 400 độ, làm cho nó phù hợp để xử lý nhựa kỹ thuật nhiệt độ cao. Tuy nhiên, vì magiê hydroxit có thể xúc tác phân hủy nhựa, nó thường không phù hợp với nhựa polyester nhựa nhiệt dẻo.
Do hiệu quả làm chậm ngọn lửa thấp của hydroxit vô cơ, lượng bổ sung thường cao tới 50%~ 70%, ảnh hưởng đến các tính chất vật liệu. Do đó, điều trị bề mặt là cần thiết để cải thiện khả năng tương thích với vật liệu.
Thứ tư là kẽm borat.
Kẽm borat có các chức năng khác nhau như độ trễ ngọn lửa, ức chế khói, cacbon hóa, ức chế âm và các giọt chống nóng chảy. Chi phí thấp, không độc hại và không kích thích, không ảnh hưởng đến sức mạnh, độ giãn dài và lão hóa nhiệt của vật liệu. Kẽm borat có thể được sử dụng một mình hoặc kết hợp với các halogen hữu cơ và trioxide antimon để trì hoãn ngọn lửa tốt hơn.
Năm là chất chống cháy ngọn lửa triazine.
Chất làm chậm ngọn lửa triazine chủ yếu bao gồm melamine và các dẫn xuất của nó, có nhiều chức năng phản ứng, ổn định nhiệt tốt, tác dụng chống cháy ngọn lửa tốt và khả năng tương thích tốt với các polyme.
Sản phẩm chính: Melamine, Melamine Cyanurat, MPP, MP, v.v.
Melamine và các dẫn xuất của nó phù hợp cho các hệ thống chống cháy ngọn lửa, chủ yếu được sử dụng để mở rộng nylon chống cháy.
6. Chất chậm phát triển ngọn lửa.
1) Chất chống cháy phốt pho nitơ.
Chất chống cháy phốt pho nitơ là chất làm chậm ngọn lửa chủ yếu bao gồm phốt pho và nitơ, với tác dụng làm chậm ngọn lửa tốt, thể tích hút thuốc thấp và sản xuất khí độc hại thấp. Chất chống cháy ngọn lửa phốt pho tạo thành một lớp xốp khi được làm nóng, có thể cách nhiệt nhiệt và oxy. Hơi nước được giải phóng và amoniac có thể tạo bọt lớp carbon, có lợi cho độ trễ ngọn lửa. Các chất chống cháy ngọn lửa mở rộng nitơ được sử dụng rộng rãi nhất hiện là các hệ thống melamine, APP và polyester.
Chất chống cháy phốt pho nitơ, Hanzhong Zall.
Thứ hai là than chì có thể mở rộng.
Than chì có thể mở rộng được tạo ra bằng cách axit hóa than chì tự nhiên bằng axit sunfuric cô đặc, rửa nước, lọc nó, sấy khô, và sau đó mở rộng nó ở 900-1000 độ. Thể tích than chì có thể mở rộng mở rộng hàng trăm lần với nhiệt độ ngày càng tăng, tạo thành một lớp carbon trên bề mặt polymer để phân lập các nguồn nhiệt. Trong quá trình mở rộng, nó hấp thụ một lượng lớn nhiệt, giải phóng các ion axit trong xen kẽ, thúc đẩy mất nước và cacbon hóa, và kết hợp với các gốc tự do được tạo ra bởi quá trình đốt cháy để ức chế các phản ứng chuỗi. Nó có thể được sử dụng cùng với các hợp chất phốt pho và oxit kim loại để tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, và thêm một lượng nhỏ có thể đạt được mục đích của khả năng chống cháy.
Các tiêu chuẩn an toàn hỏa hoạn ngày càng nghiêm ngặt và sự tăng trưởng nhanh chóng của các ứng dụng nhựa đã dẫn đến một xu hướng ngày càng tăng trong thị trường chất chống cháy. Tuy nhiên, có tương đối ít tiêu chuẩn chống cháy bắt buộc ở Trung Quốc và công nghệ chống cháy ngọn lửa tương đối lạc hậu. Chất chống cháy Brom vẫn là những người chính. Bị ảnh hưởng bởi sự cấm đoán hoặc hạn chế việc sử dụng một số chất chống cháy brom ở nước ngoài, không có halogen, hiệu quả cao, độc tính thấp và chất chống cháy khói thấp đã phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc. Các công nghệ chống cháy mới như liên kết ngang, siêu âm, vi mô, sửa đổi bề mặt và sức mạnh tổng hợp đã trở thành các điểm nóng nghiên cứu.
