اتجاهات جديدة في مثبطات اللهب المصنوعة من مادة TPU: من استرات الفوسفات إلى الأنظمة المنتفخة، أصبح تآزر الفوسفور والنيتروجين هو النهج السائد

اتجاهات جديدة في مثبطات اللهب المصنوعة من مادة TPU: من استرات الفوسفات إلى الأنظمة المنتفخة، أصبح تآزر الفوسفور والنيتروجين هو النهج السائد

في تطبيق مادة البولي يوريثين المرنة بالحرارة (TPU)، غالبًا ما يواجه تعديل مثبطات اللهب التحدي المتمثل في تحقيق التوازن بين الكفاءة والخصائص الفيزيائية. لقد أصبحت مثبطات اللهب ذات الأساس الفوسفوري، بسبب تنوع أنواعها وآليات عملها الواضحة، أحد المسارات الرئيسية لحل هذا التناقض. تشتمل مثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور الأكثر استخدامًا بشكل أساسي على تلك التي تعتمد على فوسفات الأمونيوم (APP)، وتلك التي تعتمد على مركبات الفوسفور العضوي (OP)، وتلك التي تعتمد على الفوسفور الأحمر.

حاليًا، تُستخدم مثبطات لهب الفوسفور العضوي على نطاق واسع في مثبطات لهب البولي يوريثان بسبب توافقها الجيد وثباتها مع البولي يوريثان. يمكن للبعض أن يعمل كمواد ملدنة لمواد البولي يوريثين. مثبطات اللهب الفسفورية العضوية المستخدمة في مادة البولي يوريثين هي في الغالب استرات الفوسفات السائلة والصلبة واسترات الفوسفونات. إنها توفر مزايا مثل الكفاءة العالية في مقاومة اللهب، واللزوجة المنخفضة، والتوافق الجيد، والثبات الحراري المعتدل، ومقاومة 'الرسم البياني'.

تؤثر درجة حرارة تحلل مثبطات لهب الفوسفور العضوي بشكل كبير على تثبيط لهب مادة TPU. تم إجراء بحث حول تأثيرات مثبطات اللهب لفوسفات تريس (β-كلورو إيثيل) وفوسفات تريس (2،3-ثنائي بروموبروبيل) على مادة TPU، كما هو موضح في الجدول أدناه.

ويمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن مثبطات اللهب لهما هياكل وتركيبات متشابهة، إلا أن تأثيرات يكشف تحليل آلية مثبطات اللهب أن مكونات مثبطات اللهب تكون أكثر فعالية فقط عندما يتم إطلاقها عند درجة حرارة أقل أو قريبة من درجة حرارة التحلل الأولية للبوليمر. إذا كانت درجة حرارة التحلل منخفضة للغاية، فقد يتحلل مثبط اللهب تمامًا قبل أن يحترق البوليمر بالكامل، وقد يتم فقدان البعض منه أثناء المعالجة الحرارية، مما يفشل في تحقيق التأثير المطلوب. على العكس من ذلك، إذا كانت درجة حرارة التحلل مرتفعة جدًا، فقد لا يتم إطلاق مكونات مثبطات اللهب الفعالة بشكل كافٍ أثناء احتراق البوليمر، مما يؤدي أيضًا إلى ضعف تثبيط اللهب. من بين مثبطات اللهب التي تم اختبارها، تبلغ درجة حرارة التحلل الحراري لفوسفات تريس (β-كلورو إيثيل) 240-280 درجة مئوية، في حين أن درجة حرارة فوسفات تريس (2،3-ثنائي بروموبروبيل) تزيد عن 300 درجة مئوية. تبلغ درجة حرارة التحلل الحراري للبولي يوريثين حوالي 400 درجة مئوية. درجة حرارة تحلل فوسفات تريس (2،3-ثنائي بروموبروبيل) أقرب إلى درجة حرارة البولي يوريثين، مما يجعلها أكثر تطابقًا نسبيًا، وبالتالي فإن تأثيرها المثبط للهب يتفوق على تأثير فوسفات تريس (β-كلورو إيثيل). مثبطات اللهب الخاصة بهما تختلف بشكل كبير.

يمكن أيضًا أن تكون مركبات إستر ثنائي الفوسفات بمثابة مثبطات اللهب لمواد البولي يوريثين. المجموعة التي تربط بين استرات الفوسفات يمكن أن تكون ألكيلين، أريلين، ألكيلين-أريلين، أو مجموعات ربط ثنائية أخرى مثل -SO-، -S-، -SO₂-، إلخ. ومع ذلك، هناك مشكلة في مثبطات اللهب هذه وهي أنه في ظل الظروف البيئية التي تزيد عن 100 درجة مئوية، يمكن أن تتطاير مثبطات اللهب نفسها أو الشوائب الموجودة من مادة البولي يوريثين، مما يشكل ضبابًا على الأسطح الزجاجية. هذه المشكلة خطيرة بشكل خاص في صناعة السيارات. يمكن استخدام متعدد الفوسفات لحل هذه المشكلة. بشكل عام، إضافة 0.5 إلى 50 جزءًا من مثبطات اللهب متعدد الفوسفات التي تحتوي على 10 مجموعات فوسفات لكل 100 جزء من مادة البولي يوريثين يمكن أن توفر مثبطات جيدة للهب مع منع تطاير مثبطات اللهب عند درجات الحرارة العالية وتقليل تكوين الضباب.

يمكن أن تنتقل معظم مثبطات اللهب أو تتطاير داخل مواد البولي يوريثين، مما يؤثر على استقرار خصائص المواد. إن إدخال المركبات التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل في جزيء مثبطات اللهب يسمح لها بالتفاعل مع الأيزوسيانات في مادة البولي يوريثين، وتشكيل روابط كيميائية ومنع هجرة وتطاير جزيئات مثبطات اللهب. يمكن أن تكون مثبطات اللهب هذه عبارة عن ثنائي فوسفات أو متعدد الفوسفات مع ما يصل إلى 10 مجموعات فوسفات. تحمل جزيئات ثنائي أو متعدد الفوسفات مجموعتين أو أكثر على الأقل من مجموعات الهيدروكسيل القادرة على التفاعل مع الأيزوسيانات. تمتلك هذه المركبات كفاءة عالية في مقاومة اللهب ومقاومة ممتازة للهجرة. إن إضافة 50 جزءًا من مثبطات اللهب لكل 100 جزء من مادة البولي يوريثين يمكن أن يحقق درجة SE (إطفاء ذاتي) عند تقييمها وفقًا لمعيار FMVSS 302.

هناك اتجاه آخر لتطوير مثبطات لهب الفوسفور العضوي وهو مثبطات اللهب المنتفخة. هذه هي مركبات الفسفور التي تحقق تثبيط اللهب من خلال العمل المشترك لآليات متعددة، بما في ذلك تآزر الفوسفور والنيتروجين، والرغوة بالغازات غير القابلة للاحتراق، وتجفيف وتفحيم البوليولات والإسترات لتشكيل طبقة شار مثبطة للهب. تتضمن الآلية استهلاك غازات التحلل الناتجة أثناء احتراق البوليمر، مما يعزز تكوين الفحم غير القابل للاحتراق، ويمنع تفاعل الأكسدة، وبالتالي يمنع الاحتراق. قام معهد شنغهاي لأبحاث الصناعة الكيميائية بتركيب نظام جديد لمثبطات اللهب المنتفخة الخالية من الهالوجين (ANTI-2) باستخدام APP والفورمالدهيد والميلامين والبوليمر الأولي للميلامين فورمالدهايد. باستخدام ANTI-2 لمقاومة اللهب لـ TPU، أظهرت الاختبارات على مؤشر الأكسجين، وتصنيف حرق UL94، وقوة الشد، والاستطالة، والصلابة أن ANTI-2 هو مثبط فعال للهب لمطاطات TPU. عندما زاد محتوى ANTI-2 إلى أكثر من 35%، وصل معدل الاحتراق إلى V-0. ومع ذلك، مع زيادة محتوى ANTI-2، زادت صلابة مادة TPU المعدلة المقاومة للهب، وانخفضت قوة الشد، في حين لم تتغير الاستطالة بشكل ملحوظ.

مع تقدم تكنولوجيا مثبطات اللهب ، لم يعد الاعتماد فقط على الأنظمة التقليدية القائمة على الفوسفور قادرًا على تلبية المتطلبات الصارمة لمقاومة درجات الحرارة، ومقاومة الاصفرار، والمعالجة الرقيقة للغاية في تطبيقات TPU المتطورة. حققت مثبطات لهب الفوسفينات العضوية المعدلة والفعالة ذات حجم الجسيمات الدقيقة للغاية التي طورتها شركة Yinsu Flame Retardant تقدمًا كبيرًا في مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الاصفرار، مما يوفر اتجاهًا جديدًا لحل التعارض بين كفاءة تثبيط اللهب والاحتفاظ بالخصائص في مادة TPU.

إخلاء المسؤولية: هذا المحتوى مقتبس من المؤلفات ذات الصلة وهو مخصص لمشاركة المعرفة فقط، وليس للاستخدام التجاري.