تحليل PA6 آلية مثبطات اللهب ومثبطات اللهب الشائعة

تحليل PA6 آلية مثبطات اللهب ومثبطات اللهب الشائعة

نظرًا لأن تقنية التحضير أصبحت أكثر نضجًا، فقد أصبحت PA6 مادة بوليمر شائعة في العديد من المجالات مثل الكهرباء والإلكترونيات والسيارات والاتصالات. تحتوي المركبات PA6 بشكل خاص على هياكل وأجزاء وظيفية أكثر تنوعًا. عند تطبيقها في هذه المجالات، PA6 غالبًا ما تواجه المركبات ظروف عمل قاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة، والقابلية للاشتعال، والتسرب، وقصر الدائرة الكهربائية، وما إلى ذلك، حيث تصبح القابلية للاشتعال أحد المؤشرات المهمة لما إذا كان PA6 يمكن للمركبات العمل بأمان وبشكل طبيعي.

غير المعدل PA6 هو بطبيعته مثبط للهب يصل إلى UL94 V-2 مع مؤشر أكسجين نهائي يتراوح بين 20-22%. وهذا يعني أنه في حالة ملامسة اللهب المكشوف فإن PA6 سوف يحترق بسرعة، في حين أن هناك قطرة منخفضة تتسبب في انتشار اللهب المكشوف. PA6 مركبات تعقد هذا المقياس: بعض المكونات المركبة تساعد PA6 على الاحتراق، مثل الألياف الزجاجية الشائعة التي تجعل المادة تحترق بشكل أسرع بسبب تأثير الشمعة.

كما نعلم جميعًا، فإن صناعة السيارات والأجهزة الكهربائية وغيرها من المنتجات المتعلقة باستخدام المواد سيكون لها متطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بمثبطات اللهب. ولذلك، فإن الأخذ في الاعتبار مثبطات اللهب الجيدة والخواص الميكانيكية لـ PA6 يمثل قيمة بحثية وتجارية للغاية، لا سيما في سعر PA66 الذي لا يزال مرتفعًا اليوم، ومركبات مثبطات اللهب العالية PA6 لديهم إمكانات كبيرة.

في هذه المقالة، سوف نقوم بتحليل استراتيجيات منع احتراق PA6 من حيث المبدأ، والتطبيق الحالي لمثبطات اللهب الشائعة.

1. آلية احتراق PA6

لإطفاء الحريق، الشيء الأكثر أهمية هو معرفة كيف تحترق النار. ينقسم الاحتراق عمومًا إلى الاحتراق بالتبخير، والاحتراق بالتحلل الحراري، والاحتراق على سطح صلب في ثلاثة أشكال، PA6، وتنتمي معظم المواد المتبلمرة إلى الاحتراق بالتحلل الحراري.

عمليات الاحتراق الرئيسية هي كما يلي:

بادئ ذي بدء، يتم تسخين المادة بالحرارة، وعندما ترتفع درجة الحرارة الإجمالية للمادة إلى حوالي 200 درجة مئوية، سيكون للمادة ذوبان وتليين واضح، وتبدأ جزيئات البوليمر الموجودة على سطح المادة في الخضوع للتحلل التأكسدي الحراري ;

عند درجات حرارة مرتفعة أخرى، يكون تفاعل التحلل التأكسدي الحراري أكثر ملاءمة ويولد عددًا كبيرًا من الجذور الحرة، التي ترتبط بمجموعات الميثيلين في التركيب الجزيئي لـ PA6، وبالتالي تسريع التحلل؛

PA6 في عدد كبير من الروابط القطبية بحيث تتمتع هذه المادة بامتصاص قوي للماء، سيحدث أيضًا تأثير التحلل المائي لرابطة الأميد في درجة حرارة عالية في وقت واحد، وهو المنتج النهائي للتحلل المائي للجزيئات الصغيرة المحتوية على الكربون من المواد القابلة للاحتراق ، تم بشكل رئيسي اللاكتام والسيكلوبنتانون وما إلى ذلك؛

تمتزج هذه الجزيئات الصغيرة القابلة للاحتراق جيدًا مع الأكسجين عن طريق الانتشار والحمل الحراري عند درجات حرارة عالية وتشتعل في النهاية. ولا يتم إطلاق الحرارة المتولدة أثناء هذه العملية إلى العالم الخارجي فحسب، بل تعمل أيضًا على PA6 نفسه، أي أن عملية الاحتراق تستمر حتى لو تمت إزالة مصدر الحرارة الخارجي.

هذه هي الطريقة التي يحترق بها PA6 والأغلبية العظمى من البوليمرات. يؤدي فهم هذه العملية إلى إلقاء نظرة على كيفية تصميم PA6 فيما يتعلق بمثبطات اللهب.

2. تصميم مثبطات اللهب PA6

كما نعلم جميعًا، فإن جوهر تثبيط اللهب هو إيقاف أو إبطاء عمل عوامل الاحتراق من خلال الإجراءات الفيزيائية والكيميائية. في حالة PA6، فهي العوامل الأربعة الرئيسية لمصدر الحرارة والهواء والمواد القابلة للاحتراق وتفاعل الجذور الحرة.

بدون تغيير المصفوفة PA6، تعد إضافة مثبطات اللهب طريقة مهمة للتخلص من ظروف الاحتراق PA6. تختلف طريقة عمل مثبطات اللهب المختلفة، وفقًا لطريقة عمل مثبطات اللهب المحددة، يمكن تقسيم مثبطات اللهب إلى وضع مثبطات اللهب في الطور المكثف، ووضع مثبطات اللهب في الطور الغازي، ووضع مثبطات اللهب التآزري.

وضع مثبطات اللهب في مرحلة البخار

إنه يعني العمل كمثبط للهب في الطور الغازي لمنع أو مقاطعة تفاعل الاحتراق لخليط الغاز القابل للاشتعال.

يمكن إجراء عملية تثبيط اللهب في مرحلة البخار بطريقتين محددتين:

أحدها هو التحلل الحراري لمثبطات اللهب لإنتاج عوامل محاصرة الجذور الحرة، وبالتالي مقاطعة تفاعل الجذور الحرة وبالتالي تثبيط تفاعل الاحتراق؛

والثاني هو التحلل الحراري لمثبطات اللهب التي تطلق غازات خاملة، مملوءة بالقرب من مركز الاحتراق، والذي سيكون بالقرب من مركز احتراق الأكسجين والتركيز الغازي القابل للاحتراق في الطور الغازي بتخفيف كبير، وبالتالي منع تكوين الاحتراق الظروف، وتلعب دورا في مثبطات اللهب.

وضع مثبطات اللهب ذات الطور المكثف

مثبطات اللهب ذات الطور المتماسك تعني أن مثبطات اللهب المقابلة تلعب بشكل رئيسي تأثير مثبطات اللهب داخل المكون المتماسك، وبالتالي تأخير أو منع عملية التحلل الحراري للبوليمر، ومن ثم تلعب دورًا في تثبيط احتراق البوليمر.

هناك أيضًا نوعان محددان من تثبيط اللهب في الطور المكثف:

أحدها أن مثبطات اللهب تتحلل بالحرارة أثناء عملية الاحتراق، وبالتالي تمتص كمية كبيرة من الحرارة المتولدة في الاحتراق، وذلك لمنع حدوث الاحتراق؛

والثاني هو التفاعل الكيميائي لمثبطات اللهب عند درجات حرارة عالية، وبالتالي توليد أكاسيد فلزية صلبة (مثل أكسيد الألومنيوم وأكسيد البورون وأكسيد المغنيسيوم، وما إلى ذلك) أو أبخرة عالية الكثافة، ويمكن تغطية المنتجات المذكورة أعلاه بسطح مادة الاحتراق، تمنع مادة البوليمر والعالم الخارجي من تبادل المواد والطاقة، من أجل منع عملية الاحتراق.

نموذج مثبطات اللهب التآزري

بالإضافة إلى ذلك، تحتوي بعض مثبطات اللهب على آليات مثبطات اللهب ذات الطور الغازي والمرحلة المكثفة، وتُعتبر مثبطات اللهب هذه تعرض آليات مثبطات اللهب تآزرية. نظرًا لأن مثبط اللهب يعمل في كل من الطور الغازي والمرحلة المكثفة، يتم تثبيط احتراق البوليمر بقوة أكبر.

لذلك، من وجهة نظر التأثيرات المحددة، يمكن لمثبطات اللهب التي تمارس تأثير مثبطات اللهب التآزري أن توفر تأثيرًا أكثر كفاءة لمثبطات اللهب، وبالتالي تقليل كمية مثبطات اللهب في PA.

3. تطبيق مثبطات اللهب المختلفة

وفقًا لمجموعة مثبطات اللهب ومصفوفة PA6، يمكن تقسيم مثبطات اللهب المستخدمة في PA6 إلى فئتين: مثبطات اللهب التفاعلية ومثبطات اللهب الحشوية.
مثبطات اللهب التفاعلية

من بينها، تتم إضافة مثبطات اللهب التفاعلية أثناء البلمرة وتحضير PA6 أو المعالجة والقولبة، ويمكن تطعيم مثبطات اللهب هذه كيميائيًا في السلسلة الجزيئية لـ PA6 وذلك لإدخال مثبطات اللهب عناصر أو مجموعات في PA6.

تتمتع مثبطات اللهب ذات التفاعل التفاعلي بثبات جيد وتأثير أقل على أداء PA6 نفسه، ومع ذلك، فإن عملية مثبطات اللهب ذات التفاعل التفاعلي لها ظروف عملية معقدة وتكلفة عالية، لذلك ليس من السهل تصنيع مثبطات اللهب هذه يتم تطبيقه في الإنتاج الصناعي واسع النطاق لمركبات مثبطات اللهب PA6.

مثبطات اللهب ذات المفعول الحشوي

بالمقارنة، تعتبر مثبطات اللهب من نوع الحشو أكثر اقتصادا، وسهلة الاستخدام، وهي مثبطات اللهب الرئيسية لتحضير مركبات مثبطات اللهب PA6 في الصناعة الحالية، بينما في مثبطات اللهب من نوع الحشو، وفقًا للتركيب الكيميائي لمكوناته الفعالة، يمكن تقسيمه إلى مثبطات اللهب المهلجنة والفوسفور والنيتروجين وغير العضوية والفئات الرئيسية الأخرى.

تتميز الفئات المختلفة من مثبطات اللهب بكفاءات مختلفة لمثبطات اللهب، وفي الوقت نفسه، يكون لهيكل مثبطات اللهب تأثير معين على الخواص الفيزيائية والميكانيكية الأساسية لـ PA6.

لذلك، فإن النقطة الأساسية لإعداد مثبطات اللهب عالية الأداء PA هي مراعاة كل من مثبطات اللهب والعوامل الميكانيكية، واختيار نوع مثبطات اللهب المراد استخدامه بشكل معقول.

مثبطات اللهب المهلجنة

تُستخدم مثبطات اللهب المهلجنة على نطاق واسع في PA6 نظرًا لتوافقها الجيد مع PA6 وكفاءة مثبطات اللهب العالية.

في الوقت نفسه، يمكن أيضًا استخدام مثبطات اللهب المهلجنة مع مثبطات لهب أكسيد المعدن، ومثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور، وعوامل تشكيل الكربون، وما إلى ذلك لتلعب دورًا تآزريًا في مثبطات اللهب. في الوقت الحاضر، مكرر (سداسي كلورو حلقي البنتادينيل حلقي أوكتين) الإيثر ثنائي الفينيل العشاري البروم (DBDPO)، 1,2 مكرر (خماسي البروم فينيل) الإيثان (BPBPE)، البوليستيرين المبروم (BPS)، الإيثر ثنائي الفينيل الخماسي البروم (PBDO)، بولي (ثنائي بروموستيرين) (PDBS)، حمض خماسي البروم خماسي البروم بنتاكريليك (PPBBA) ) ، راتنجات الايبوكسي المبرومة (BER) هي مثبطات اللهب شائعة الاستخدام للمواد PA6 المثبطة للهب.

على أساس مثبطات اللهب المذكورة أعلاه، حاول بعض العلماء المحليين تطوير إيثان عشاري البروم ثنائي الفينيل ليحل محل الإيثر ثنائي الفينيل العشاري البروم، من أجل حل مشكلة الديوكسين الذي تنتجه مثبطات اللهب، وأيضًا إيثان عشاري البروم ثنائي الفينيل وثالث أكسيد الأنتيمون ويستخدم لتحسين اللهب. مثبطات PA6، عندما يستخدم الاثنان نسبة 13:5، يمكن الوصول إلى مثبطات اللهب المعدلة PA6 درجة مثبطات اللهب UL94 V-0، في نفس الوقت، الخصائص الأخرى لـ تكون المادة ذات خصائص وفي الوقت نفسه تكون الخصائص الأخرى للمادة قابلة للمقارنة مع خصائص المادة النقية PA6.

مثبطات اللهب الفوسفورية

مثبطات اللهب المهلجنة في استخدام العملية هناك خطر 'كارثة ثانوية'، ومثبطات اللهب هذه تسبب مشاكل تلوث بيئي خطيرة للغاية، مثبطات اللهب غير المهلجنة بدلاً من مثبطات اللهب المهلجنة هي الاتجاه الحالي لمثبطات اللهب تطوير.

من بين مثبطات اللهب غير الهالوجينية، تتمتع مثبطات اللهب الفوسفورية بأكبر حجم إنتاج وأوسع نطاق للتطبيق. فيما يتعلق بآلية مثبطات اللهب، تلعب مثبطات اللهب الفوسفورية بشكل أساسي آلية مثبطات اللهب ذات الطور المتماسك.

أولا: الفوسفور الأحمر

الفوسفور الأحمر هو مثبط لهب غير عضوي نموذجي، لأن تركيبته تحتوي على الفوسفور فقط، لذلك في 7% من كمية الإضافة، يمكن أن يحسن بشكل كبير مثبطات اللهب PA6، بحيث يصل إلى درجة UL94 V-0.

ومع ذلك، فإن الفسفور الأحمر نشط كيميائيًا وعرضة للأكسدة عند تخزينه في الظروف التقليدية، وفي الوقت نفسه، لا يتوافق الفوسفور غير العضوي النقي مع المصفوفة العضوية PA؛ لحل المشاكل المذكورة أعلاه، عادة ما يتم تحضير الفوسفور الأحمر كمثبط للهب مغلف في كبسولات دقيقة للاستخدام.

أظهرت الدراسات أن إضافة 16% من الفسفور الأحمر المغلف بشكل دقيق إلى 15% من الألياف الزجاجية المقواة PA6 يمكن أن يزيد مؤشر الأكسجين النهائي للمادة إلى 28.5%، ويمكن أن يصل تصنيف مثبطات اللهب للمادة إلى UL94 V-0.

ثانيا. بولي فوسفات الأمونيوم

يعد بولي فوسفات الأمونيوم أحد مثبطات لهب الفوسفور غير العضوي المهمة الأخرى، والذي يستخدم بشكل شائع في PA6 مواد، وقد أظهرت الدراسات أنه عند استخدام بولي فوسفات الأمونيوم بمفرده، تزيد جرعته عن 30% قبل أن يصبح تأثير مثبطات اللهب واضحًا بدرجة كافية. .

بولي فوسفات الأمونيوم ومثبطات اللهب الفوسفورية الأخرى ويمكن أن يحسن كفاءته في مقاومة اللهب، أظهرت النتائج أنه في كمية بولي فوسفات الأمونيوم المضافة إلى 25٪، انخفض معدل ذروة إطلاق الحرارة للمادة بنسبة 44.3٪، وانخفض إجمالي إطلاق الحرارة بنسبة 20.2%، يمكن تحسين خصائص مثبطات اللهب لـ PA6 بشكل ملحوظ.

ومع ذلك، وجد الباحثون أيضًا أن مجرد زيادة كمية بولي فوسفات الأمونيوم يصعب التغلب على ظاهرة الهبوط المشتعل في PA6، لذلك من الضروري التفكير في إضافة بعض الإضافات المضادة للتنقيط إلى PA6 استخدام بولي فوسفات الأمونيوم كمثبط للهب.

مثبطات اللهب القائمة على النيتروجين

مثبطات اللهب ذات الأساس النيتروجيني هي أيضًا مثبطات لهب صديقة للبيئة غير مهلجنة شائعة الاستخدام مع مزايا السمية المنخفضة والاستقرار الحراري الجيد والسعر المنخفض وعدم التآكل وما إلى ذلك.

مركبات النيتروجين التي تحتوي على تريازينات في بنيتها الجزيئية هي فئة من مثبطات اللهب النيتروجينية المستخدمة على نطاق واسع في PA6 تعديل مثبطات اللهب، والميلامين (MA) وأملاحه الحمضية غير العضوية والعضوية هي ممثلون نموذجيون لهذه الفئة من المركبات.

أنا.ما

من بينها، تأثير تحسين MA على PA6 مثبطات اللهب أكثر وضوحًا. من أجل التغلب على التشتت الضعيف لـ MA في المصفوفة PA6، يجب عمومًا أن يتم تجميعه مع مكونات أخرى للاستخدام.

قامت BASF بتركيب MA مع الفلورايد لتحضير سلسلة KR4025 من مثبطات اللهب، والتي تُستخدم في PA6 لمنح المادة صلابة عالية ومثبطات جيدة للهب.

ثانيا. مولودية الجزائر

MCA هو في الأساس مركب هيكلي مستو كبير يتكون من MA وحمض السيانوريك تحت تأثير الروابط الهيدروجينية، وفي السنوات الأخيرة، أصبح استخدام MCA كتعديل مثبط للهب لـ PA6 موضوعًا ساخنًا.

إن متعددات فوسفات الميلامين قادرة على العمل كمثبطات للهب بمفردها أو بالاشتراك مع أكاسيد غير عضوية. لقد وجد أنه تم إنتاج مثبطات اللهب التآزرية التي تحتوي على النيتروجين والفوسفور من الميلامين والفوسفات المتعدد، وعندما تم استخدام مثبطات اللهب في 25% من الألياف الزجاجية المقواة PA6، تم تثبيط اللهب في الألياف الزجاجية المقابلة يمكن أن يصل المقوى PA6 إلى UL94 V-0، في حين أن قوة الشد ومعامل الشد للمرونة وقوة التأثير المحززة وقوة الانحناء ومعامل مرونة الانحناء للمادة يمكن أن تصل إلى 76.8 ميجا باسكال، 11.7 جيجا باسكال، 4.5 كيلو جول/م2 و 98 ميجا باسكال و 7.2 جيجا باسكال على التوالي. 11.7 جيجا باسكال، 4.5 كيلو جول/م2، 98 ميجا باسكال و 7.2 جيجا باسكال على التوالي.

مثبطات اللهب غير العضوية

تستخدم مثبطات اللهب غير العضوية خصائص المواد غير العضوية التي يصعب حرقها، وتتمتع بمزايا التوليد المنخفض للسخام الضار، والاستقرار الحراري الجيد، وعدم التعرض للفشل التنكسي. في الوقت الحالي، تعد هيدروكسيدات المعادن والحشوات النانوية غير العضوية النوعين الرئيسيين من مثبطات اللهب غير العضوية المستخدمة في مثبطات اللهب PA6.

هيدروكسيد المغنيسيوم ومكونات مثبطات اللهب الأخرى ويمكن أن تلعب أيضًا تأثيرًا جيدًا لمثبطات اللهب. سيكون العلماء المحليون هيدروكسيد المغنيسيوم وهيدروكسيد الألومنيوم بنسبة 3: 1 مركب كمثبط للهب، ويمكن الحفاظ على الألياف الزجاجية المقواة PA6 في استخدام قوة الشد للمادة بأكثر من 100 ميجا باسكال، وقوة الانحناء أكثر من 150 ميجا باسكال، يصل الحد الأقصى لمؤشر الأكسجين إلى 31.7%.

بالإضافة إلى تحسين تثبيط اللهب لـ PA6، يمكن لحشوات النانو غير العضوية أيضًا تحسين مقاومة التآكل للمادة، وتحسين التوصيل الكهربائي والحراري للمادة، وتحسين تأثير التلوين لـ PA 6. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحشو النانوي غير العضوي غير مكلف، ولملء PA6 تأثير كبير على تقليل التكلفة الإجمالية للمادة.

حاليًا، تشتمل حشوات النانو غير العضوية شائعة الاستخدام على الحجر الجيري، والمونتموريلونيت، والتلك، والسيليكا، والسيليكون، والولاستونيت، وكبريتات الكالسيوم. هذه الحشوات غير العضوية نفسها غير قابلة للاحتراق، وفي الوقت نفسه يمكن أن تلعب دورًا في تسريع تفحم احتراق PA6، وتقليل قطرات الذوبان PA6، ومنع نقل الحرارة والجزيئات الصغيرة. يمكن لحشوات النانو غير العضوية والأنواع الأخرى من مثبطات اللهب المستخدمة في مثبطات اللهب PA6، تحقيق تأثير مثبطات اللهب المطلوب، وهناك الكثير من نتائج الأبحاث في هذا الصدد.

4.اتجاه تطوير مثبطات اللهب PA6

في الوقت الحاضر، يميل الباحثون إلى استخدام التركيب الفيزيائي لمثبطات اللهب، والتركيب الكيميائي لمثبطات اللهب، ومثبطات اللهب المعدلة لحل المشكلات المذكورة أعلاه، وقد حققت الأبحاث ذات الصلة بعض التقدم.

من خلال تصميم التفاعل في الموقع، تمثل مكونات مثبطات اللهب الفعالة نسبة أعلى، وتحتوي على مجموعة متنوعة من بنية مثبطات اللهب الفعالة، ولا تنتج عملية مثبطات اللهب مواد سامة أو ضارة، وتوافق أفضل مع هيكل أميد اللهب تعتبر مثبطات اللهب المملوءة بـ PA6 أحد اتجاهات التطور المستقبلي لمواد مثبطات اللهب PA6.

بالإضافة إلى ذلك، يعد تطوير حلول مثبطات اللهب المخصصة للمواد PA6 المعززة والمواد PA6 الوظيفية أيضًا بمثابة اتجاه لتطوير مركبات مثبطات اللهب PA6.

مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا والتطور السريع لعلوم المواد، لدينا متطلبات أعلى وأعلى لسلامة المواد ووظيفتها. خاصة في التطبيقات الواسعة للمنتجات البلاستيكية، أصبح أداء مثبطات اللهب أحد المؤشرات المهمة لقياس سلامة المواد.

بالاعتماد على تراكمها الفني العميق وقدرتها على الابتكار في مجال مثبطات اللهب، يينسو أطلقت شركة Flame Retardant سلسلة من PA6 منتجات مثبطات اللهب، والتي لا تشتمل فقط على مثبطات لهب الفوسفور الأحمر التقليدية، ولكنها تغطي أيضًا مثبطات لهب أنتيمون البروم والمزيد من أنتيمون البروم الصديق للبيئة البدائل. توفر حلول مثبطات اللهب المتنوعة هذه حلولاً مخصصة لمختلف الصناعات وسيناريوهات التطبيق، مما يضمن أن المواد تلبي متطلبات مثبطات اللهب مع كونها صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة. هذه السلسلة من المنتجات من شركة YINSU Flame Retardant تقدم بلا شك مساهمة مهمة في تعزيز السلامة والتنمية المستدامة للمنتجات البلاستيكية.