تطبيق مثبطات اللهب البوليمرية والتقنيات الجديدة

تطبيق مثبطات اللهب البوليمرية والتقنيات الجديدة

مع تطور المجتمع، تم تطبيق صناعة المواد والمنتجات الكيميائية الاصطناعية على نطاق واسع في مختلف المجالات. ومع ذلك، فإن معظم المواد الكيميائية قابلة للاشتعال والاحتراق، وتنتج دخانًا كثيفًا وغازات سامة عند حرقها، مما يشكل تهديدًا كبيرًا للبيئة وسلامة حياة الناس.

ولذلك، فإن الطلب على المواد المقاومة للحريق أدى إلى التطور السريع لصناعة مثبطات اللهب. منذ الثمانينيات، أصبحت مثبطات اللهب أكبر مادة مساعدة تستخدم في المواد الاصطناعية، وتأتي في المرتبة الثانية بعد الملدنات.

وفقا لمختلف العناصر الكيميائية الرئيسية لمثبطات اللهب في مثبطات اللهب، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى ثلاث فئات رئيسية: الهالوجين العضوي، والفوسفور العضوي، وغير العضوي. في الوقت الحاضر، تجاوز استخدام مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين في البلدان المتقدمة بشكل كبير استخدام مثبطات اللهب المهلجنة، في حين لا تزال البلدان النامية أكبر منطقة مستهلكة لمثبطات اللهب المهلجنة.

مع المتطلبات المتزايدة للوائح البيئية والتحسين التدريجي لصحة الإنسان والوعي البيئي، ستصبح مثبطات اللهب الفعالة والصديقة للبيئة ومنخفضة السمية ومتعددة الوظائف حتماً اتجاه تطوير الصناعة المستقبلي.

أنا. تطبيق مثبطات اللهب المهلجنة

تشتمل مثبطات اللهب المهلجنة على مثبطات اللهب المبرومة ومثبطات اللهب المكلورة. ومن حيث حجم الإنتاج، تظل مثبطات اللهب المبرومة أكبر مجموعة متنوعة من مثبطات اللهب في صناعة مثبطات اللهب العالمية في الوقت الحاضر.

تشتمل مثبطات اللهب المبرومة المستخدمة حاليًا على نطاق واسع بشكل رئيسي على الفئات التالية:

مثبطات اللهب التفاعلية ذات الجزيئات الصغيرة: تشتمل بشكل رئيسي على رباعي بروموبيسفينول أ، وثلاثي بروموفينول، وإستر ديجليكول أنهيدريد رباعي البروموفثاليك، وما إلى ذلك. وهي تستخدم بشكل رئيسي لتصنيع نوعين من مثبطات اللهب المبرومة أو تضاف كمكونات تفاعلية إلى المواد لتكون مثبطات اللهب. يتم تحضير المواد المثبطة للهب من خلال التفاعلات الكيميائية مع المواد التي تكون مثبطة للهب.

مثبطات اللهب المضافة الجزيئية الصغيرة: تشمل بشكل رئيسي عشاري البروم ثنائي فينيل إيثان، والتريازين المبروم، والإيثر ثماني البروم، والإيثر ثماني البروم ميثيل، وإيثيل مكرر (رباعي البروم فثاليميد)، وما إلى ذلك.

مثبطات اللهب ذات البوليمر الجزيئي العالي: نظرًا لتوافقها الجيد مع البوليمرات وخصائصها الفيزيائية والكيميائية المستقرة، فهي أكثر أنواع مثبطات اللهب صديقة للبيئة بين مثبطات اللهب المبرومة. وهي تشمل بشكل رئيسي: البوليسترين المبروم، وراتنجات الإيبوكسي المبرومة، وSBS المبرومة، ورباعي البروم ثنائي الفينول أ قليل البولي كربونات، إلخ.

يتم تفضيل مثبطات اللهب القائمة على البروم في المقام الأول بسبب كفاءتها العالية في تثبيط اللهب وسعرها المعتدل. على الرغم من أنها تنتج كمية كبيرة من الدخان عند حرقها، إلا أن هذه المواد توفر مقاومة ممتازة للهب، وتتطلب كمية أقل لتوفير حماية فعالة، ولها تأثير ضئيل على خصائص المنتجات المستخدمة فيها. وعلى المدى القصير، فإنها تحافظ على مكانة لا يمكن الاستغناء عنها باعتبارها الدعامة الأساسية لمثبطات اللهب، ومن المتوقع أن تستمر منافستها الشديدة مع مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين على المدى الطويل.

ومع التقدم التكنولوجي، تُبذل الجهود عالميًا لتطوير أنواع جديدة من مثبطات اللهب القائمة على البروم. في الوقت الحالي، هناك اتجاه جديد في تطوير مثبطات اللهب القائمة على البروم على المستوى الدولي وهو مواصلة زيادة محتوى البروم وتعزيز الوزن الجزيئي.

على سبيل المثال، PB-68 من شركة Ferro Corporation في الولايات المتحدة، وهو عبارة عن بوليسترين مبروم بشكل أساسي بوزن جزيئي يبلغ 15000 ومحتوى من البروم يصل إلى 68%؛ أكريليت الفينول متعدد البروم الذي طورته شركة Brominated Chemicals Fast Company وAmeribrom، والذي يحتوي على ما يصل إلى 70.5% من البروم ويتراوح وزنه الجزيئي من 30.000 إلى 80.000.

تعتبر مثبطات اللهب هذه مناسبة بشكل خاص لأنواع مختلفة من البلاستيك الهندسي، وتتفوق بشكل كبير على العديد من مثبطات اللهب الجزيئية الصغيرة من حيث مقاومة الهجرة، والتوافق، والثبات الحراري، وتثبيط اللهب. لديهم القدرة على أن يصبحوا الجيل القادم من المنتجات المحدثة.

في المستقبل، قد يتبع تطوير وتطبيق مثبطات اللهب الجديدة المعتمدة على الهالوجين الاتجاهات التالية:

(1) لمواجهة التأثير على الأداء عند استخدامها كمساعدات إضافية، يجري حاليًا تطوير مثبطات اللهب الجديدة القائمة على البروم ذات الأداء الممتاز الشامل. على سبيل المثال، يمكن للبوليسترين CP 44B المبروم من قبل شركة Kemira Corporation في الولايات المتحدة، والذي يتمتع بسيولة ممتازة وثبات حراري، أن يتم تشتيته بشكل جيد في المواد ويوفر للمادة لونًا ساطعًا ودائمًا، مما يكتسب شعبية في السوق.

(2) باستخدام تقنيات البلمرة والتوليف الكيميائي الحديثة، يتم تصميم وتصنيع أنواع جديدة من مثبطات اللهب المعتمدة على البروم لتحل محل تلك المقيدة أو التي سيتم تقييدها قريبًا. على سبيل المثال، البوليمرات المشتركة المبرومة المحضرة عن طريق بلمرة ستيرين مشتركة مع بوتادين ثم إضافة البروم، تعمل كبديل لمثبطات اللهب الدوديكان الحلقي السداسي البروم في البوليسترين الممدد.

تتمتع مثبطات اللهب المعتمدة على الكلور، والتي تتمثل أساسًا في البولي فينيل كلورايد (PVC) والبولي إيثيلين المكلور (CPE)، بميزة كبيرة تتمثل في كونها أرخص من مثبطات اللهب المعتمدة على البروم، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع أيضًا.

ثانيا. تطبيق مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين

• مثبطات اللهب الفوسفورية غير العضوية

تشتمل مثبطات اللهب الفسفورية غير العضوية بشكل رئيسي على الفسفور الأحمر والفوسفات وبولي فوسفات الأمونيوم.

الفوسفور الأحمر هو مثبط للهب ذو أداء ممتاز، ويتميز بكفاءته العالية، وإخماد الدخان، وسمية منخفضة. ومع ذلك، فهو عرضة لامتصاص الرطوبة والأكسدة، مما قد يؤدي إلى إطلاق غازات شديدة السمية. غبارها يمكن أن يكون متفجرا وله لون أحمر داكن، مما يحد من استخدامه بشكل كبير.

ولمعالجة هذه العيوب، تعد المعالجة السطحية للفوسفور الأحمر محورًا بحثيًا رئيسيًا، حيث تكون الكبسلة الدقيقة هي الطريقة الأكثر فعالية.

يجب أن يركز التطوير المستقبلي لمعالجة سطح الفوسفور الأحمر على:

1. تعديل المواد المغلفة لتكون لها خصائص متعددة الوظائف مثل الاستقرار الحراري، والتلدين، ومثبطات اللهب، وتطوير مثبطات اللهب ذات الفوسفور الأحمر المغلفة بدقة متعددة الوظائف.

2.دراسة الدمج الفعال لمثبطات اللهب المختلفة مع مثبطات لهب الفوسفور الأحمر وتغليفها بشكل دقيق لتعزيز مثبطات اللهب وتحسين الخواص الميكانيكية للمواد.

3. تطوير تقنيات إخماد الدخان، حيث أن إخماد الدخان أكثر أهمية من الوقاية من الحرائق في الحرائق. للفوسفور الأحمر تأثيرات على إخماد الدخان، ويمكن البحث عن مثبطات دخان مناسبة لخلطه.

يعد بولي فوسفات الأمونيوم ومثبطات اللهب المنتفخة المقابلة لها حاليًا من مجالات البحث النشطة في مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور. يحتوي بولي فوسفات الأمونيوم طويل السلسلة (APP) على نسبة عالية من عناصر مثبطات اللهب P/N، واستقرار حراري جيد، وهو محايد تقريبًا، مما يجعله متوافقًا مع المواد الأخرى. لديها خصائص مثبطة للهب دائمة وتطورت بسرعة.

يظهر APP كمسحوق أبيض، مع درجة حرارة تحلل أكبر من 256 درجة مئوية. وهو قابل للذوبان في الماء عندما تكون درجة البلمرة بين 10 و20، وغير قابل للذوبان في الماء عندما تكون درجة البلمرة أكبر من 20. APP أقل تكلفة من مثبطات اللهب العضوية، وله سمية منخفضة، واستقرار حراري جيد، مما يجعله مناسب للاستخدام بمفرده أو مع مثبطات اللهب الأخرى الموجودة في البلاستيك.

في درجات الحرارة المرتفعة، يتحلل APP بسرعة إلى الأمونيا وحمض البوليفوسفوريك. يمكن للأمونيا أن تخفف تركيز الأكسجين في الطور الغازي، وبالتالي تمنع الاحتراق. حمض البوليفوسفوريك هو عامل تجفيف قوي يمكن أن يتسبب في تجفيف البوليمرات وتفحيمها، مما يشكل طبقة كربون تعزل البوليمر عن الأكسجين، مما يمنع الاحتراق في الطور الصلب.

يعد نظام مثبطات اللهب المنتفخة المعتمد على APP موضوعًا ساخنًا في أبحاث البولي أوليفينات المثبطة للهب الخالية من الهالوجين ويظهر آفاق تطوير جيدة في معالجة وتعديل مادة البولي بروبيلين. الأبحاث المحلية حول نظام مثبطات اللهب المنتفخة مع استرات أو أملاح فوسفات القفص وAPP تتمتع بمقاومة جيدة للحرارة ومثبطات للهب.

يحتوي APP على مجموعة واسعة من التطبيقات ويمكن استخدامه كعامل إطفاء حريق لإطفاء الحرائق على نطاق واسع في الغابات وحقول النفط، ويمكن أيضًا صياغته في طبقات مقاومة للحريق منتفخة.

• مثبطات اللهب الفسفورية العضوية

معظم إستر الفوسفات سائل، ومقاوم للحرارة ضعيف، وقابل للتطاير، والتوافق ليس مثاليًا، في احتراق المواد المتساقطة. من أجل تجنب أوجه القصور المذكورة أعلاه، أصبح تطوير بعض إستر الفوسفات من نوع بوليمر التكثيف أحد اتجاهات التطوير المستقبلية لمثبطات اللهب إستر الفوسفات.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن استر الفوسفات المحتوي على النيتروجين الذي يحتوي على عنصري النيتروجين والفوسفور في نفس الوقت، تأثير مثبطات اللهب من المركبات المحتوية على الفوسفور فقط هو الأفضل، أصبح نظام استر الفوسفات اتجاهًا آخر لتطوير مثبطات اللهب.

ثنائي إيثيل فوسفات الألومنيوم (ADP) هو منتج غير قابل للذوبان في الماء والمذيبات العضوية، ولكنه قابل للذوبان في المحاليل الحمضية القوية والقواعد القوية. لديها العديد من المزايا مثل المحتوى العالي من الفوسفور، الاستقرار الحراري العالي، عدم السمية، الدخان المنخفض، حجم الجسيمات الصغيرة، الثقل النوعي المنخفض، التشتت الجيد، التلوين السهل، والكثافة المنخفضة (1.2 كجم / لتر). باعتباره مثبطًا فعالاً للهب، يمكن استخدامه على نطاق واسع في تثبيط اللهب للبلاستيك الحراري (مثل PA، PBT)، والألياف، والمنسوجات.

بيبرازين بيروفوسفات (PAPP)، المعروف أيضًا باسم بيبرازين حمض البوليفوسفوريك (بيبيرازين حمض الفوسفوريك المركز)، عبارة عن مثبط لهب منتفخ خالٍ من الهالوجين وصديق للبيئة ومصمم باستخدام الفوسفور والنيتروجين كعناصر مثبطة للهب الرئيسية.

PAيظهر PP كمسحوق أبيض ويتميز بخصائص مثل كفاءة الكربنة العالية، والاستقرار الحراري الجيد، والدخان المنخفض وغير السمية. يمكن استخدامه في المنتجات المقاومة للهب مثل البولي بروبيلين (PP)، والبولي إيثيلين (PE)، والبولي يوريثين (PU)، وأكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS)، وراتنجات الإيبوكسي (EP)، وله إمكانات كبيرة لتطوير السوق في المستقبل. .

• مثبطات لهب النيتروجين

تم تطوير مثبطات اللهب المعتمدة على النيتروجين في وقت متأخر عن مثبطات اللهب الأخرى، كما أن مثبطات اللهب الخاصة بها ليست جيدة جدًا، ويتم استخدامها في الغالب مع مثبطات اللهب الأخرى.

إضافة مثبطات اللهب النيتروجينية يمكن أن تعزز تفحيم نظام الفوسفور، والذي له تأثير تآزري. وبالإضافة إلى ذلك، فإن النيتروجين والأنتيمون لهما أيضًا تأثير تآزري.

تشتمل مثبطات اللهب ذات الأساس النيتروجيني بشكل رئيسي على الميلامين وسيانورات الميلامين، والتي يمكن استخدامها في البولي يوريثين والبولي أميد. في الوقت الحاضر، الموضوع الرئيسي هو تطوير مثبطات لهب النيتروجين ذات المحتوى العالي من النيتروجين، والتشتت في درجات الحرارة العالية والمطابقة مع البوليمرات.

• مثبطات اللهب غير العضوية

ثالث أكسيد الأنتيمون باعتباره مثبط لهب هالوجين نموذجي فعال للهب، له تأثير مثبط للهب خاص به، والحاجة إلى استخدام مركب مثبطات اللهب المهلجنة بالبروم أو الكلور، وله خصائص الفحم العالي، وتأثير مثبطات اللهب واضح، وقد شارك هيدروكسيد المغنيسيوم -تأثير فعال مثبط للهب.

هيدروكسيد الألومنيوم (ATH) هو الأكثر تمثيلاً بين مثبطات اللهب المركبة المعدنية غير العضوية، وهو ما يمثل أكثر من 40% من مثبطات اللهب غير العضوية. لديها ثلاث وظائف: تثبيط اللهب، وقمع الدخان، والتعبئة، دون التسبب في تلوث ثانوي. يمكن أن ينتج أيضًا تأثيرًا تآزريًا مع مجموعة متنوعة من المواد، وهو غير متطاير وغير سام وله مقاومة منخفضة للتآكل وفعال من حيث التكلفة.

يحدث تأثير مثبطات اللهب لهيدروكسيد الألومنيوم عندما يتعرض للجفاف وامتصاص الحرارة عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية، مع قدرة امتصاص حرارة تبلغ 1968 جول/جرام، والتي يمكن أن تمنع ارتفاع درجة الحرارة المبكر للمواد. ومع ذلك، فإن هيدروكسيد الألومنيوم له عيب أنه يتطلب إضافة كمية كبيرة؛ عادةً، يجب دمج أكثر من 50% لتحقيق تأثيرات مثبطة للهب جيدة.

للتغلب على هذا العيب، يمكن استخدام أساليب مثل تكنولوجيا التحبيب لتطوير جزيئات متناهية الصغر، وتضييق توزيع حجم الجسيمات؛ يمكن لتقنيات الطلاء المحسنة أن تعزز تشتتها في البوليمرات؛ ويمكن تطبيق العلاج بالترابط الجزيئي. بورات الزنك له أيضًا تأثير مثبط للهب مع هيدروكسيد الألومنيوم.

• مثبطات لهب السيليكون

يمكن تصنيف مثبطات اللهب القائمة على السيليكون إلى أنواع غير عضوية وعضوية بناءً على تركيبها وبنيتها.

تتكون مثبطات اللهب السيليكونية غير العضوية بشكل أساسي من SiO2، الذي يعمل كعامل تقوية ومثبط للهب. تتضمن آلية تثبيط اللهب تكوين طبقة SiO2 عندما تحترق مادة البوليمر، والتي تعمل كحاجز أمام الاحتراق وتوفر تأثيرًا وقائيًا. نادرًا ما يتم استخدام SiO2 بمفرده، وغالبًا ما يتم دمجه مع الهاليدات لتحسين الأداء.

تتميز مثبطات اللهب المصنوعة من بوليمر السيليكون العضوي بكفاءتها العالية، وعدم سميتها، وانبعاث دخان منخفض، ومنع التنقيط، وصديقة للبيئة، مع تأثير ضئيل على خصائص المنتجات النهائية. وتنطوي آلية تثبيط اللهب لهذه المواد على تكوين كربيد السيليكون عندما يحترق البوليمر، مما يمنع هروب منتجات الاحتراق المتطايرة، ويعزل الأكسجين عن الراتينج، ويمنع تقطر المادة المنصهرة، وبالتالي تحقيق هدف تثبيط اللهب.

تشمل الأنواع الرئيسية لمثبطات اللهب المصنوعة من السيليكون العضوي زيوت السيليكون، وراتنجات السيليكون، ومطاط السيليكون، وألكانولامايدات السيليكون العضوي.

يوفر SFR100 من GE، الذي طورته شركة General Electric في الولايات المتحدة، مثبطًا ممتازًا للهب للبولي أوليفينات ويحسن أيضًا المعالجة والخواص الميكانيكية للراتنج. إنه يضفي تثبيطًا فائقًا للهب وقمعًا للدخان على المصفوفة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات المتطلبات الصارمة للسلامة من الحرائق حيث لا تكون أنظمة مثبطات اللهب التقليدية كافية.

قامت شركة Dow Corning، وهي شركة معروفة بمنتجاتها من السيليكون، بتطوير مسحوق دقيق من راتينج السيليكون وهو مثبط فعال للهب. يمكن استخدام درجات مختلفة من هذا المنتج في البولي أوليفينات والبوليستر والبولي أميد والبوليسترين.

في اليابان، تم تطوير جهاز كمبيوتر متعدد السيلوكسان كواحد من أحدث الراتنجات المثبطة للهب الخالية من الهالوجين. لقد حصل على شهادة 'Blue Angel' الألمانية البيئية ويتم تسويقه عالميًا للمصنعين في الصناعات الكهربائية وغيرها.

شركة YINSU Flame Retardant متخصصة في توفير حلول مثبطات اللهب الفعالة والصديقة للبيئة، وتغطي منتجاتها نطاقًا واسعًا من مثبطات اللهب الرئيسية. مثبط لهب الفوسفور الأحمر الرئيسي، بعد معالجة سطحية خاصة، يتغلب على عيوب الفسفور الأحمر التقليدي ويتميز بالكفاءة العالية، وقمع الدخان وسمية منخفضة، وهو مناسب لمجموعة واسعة من مواد البوليمر.

توفر بدائل ثالث أكسيد الأنتيمون الخاصة بالشركة خيار ترقية صديق للبيئة لأنظمة مثبطات اللهب الهالوجينية التقليدية، مع الحفاظ على تأثيرات مثبطات اللهب الممتازة. سلسلة مثبطات اللهب بالفوسفور العضوي، بمحتواها العالي من الفوسفور وتوافقها الجيد، مناسبة لمجموعة واسعة من المواد مثل اللدائن الحرارية والألياف والمنسوجات، مما يعزز بشكل فعال خصائص مثبطات اللهب للمواد. بالإضافة إلى ذلك، تعمل منتجات عوامل تشكيل الكربون بشكل جيد في تعزيز تكوين طبقات الكربون الواقية في المواد، مما يزيد من تعزيز سلامة المواد من الحرائق.

تُستخدم مثبطات اللهب YINSU Flame Retardant على نطاق واسع في العديد من الصناعات مثل الأجهزة الإلكترونية والكهربائية، ومواد البناء، وتصنيع السيارات، والمنسوجات، وما إلى ذلك، مما يساعد العملاء على تلبية معايير السلامة الصارمة من الحرائق وتعزيز التنمية الخضراء لهذه الصناعة.