تكوين بوليمر شار وتقنية مثبطات اللهب المضادة للتنقيط

تكوين بوليمر شار وتقنية مثبطات اللهب المضادة للتنقيط

يعد تكوين الفحم أحد الطرق الرئيسية لتثبيط اللهب في الطور الصلب في البوليمرات. من خلال إنشاء طبقة كربونية على سطح البوليمر، فإنه يمنع الاتصال بين الجزء الداخلي للبوليمر والغازات القابلة للاشتعال أو الأكسجين، وبالتالي تحقيق تثبيط اللهب.

في آليات مثبطات اللهب، يمكن لمثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور أن تعزز تكوين الفحم في البوليمرات المحتوية على الأكسجين مثل راتنجات الإيبوكسي، والبولي يوريثان، والبوليستر غير المشبع عن طريق تجفيف وتشكيل الفحم. كما تساهم مثبطات اللهب المحتوية على البورون، مثل بورات الزنك، في تكوين الفحم. تعمل مثبطات اللهب المنتفخة على تحقيق تثبيط اللهب من خلال تكوين الفحم، مما يجعلها فعالة بشكل خاص في هذا الصدد.

I. عملية احتراق البوليمر والمبادئ العامة لتكوين الفحم

لكل 1/3 زيادة في إنتاج الفحم، ينخفض ​​توليد الدخان بمقدار 1/2. لتحقيق أقصى كثافة بصرية محددة (Dm) أقل من 100 في البوليمرات، يجب أن يكون إنتاجية الفحم 30% على الأقل. لتلبية تصنيف تثبيط اللهب UL94V-0، يجب أن يتجاوز إنتاج الفحم 30%.

تتمتع معظم البوليمرات بخصائص منخفضة في تكوين الفحم وإنتاجية الفحم، كما هو مفصل في الجدول أدناه.

بشكل عام، المركبات ذات المحتوى العالي من الروابط المزدوجة، مثل المجموعات العطرية، ومجموعات الهيدروكسيل، ومجموعات الأثير، ومجموعات الإستر، تظهر خصائص تكوين شار أعلى. ومن الأمثلة على ذلك البولي يوريثين (PU)، والبولي أسيتيلين، وخماسي إريثريتول، والسليلوز ومشتقاته، ومشتقات الميلامين، والإيزوسيانورات.

ثانيا. طرق تحسين إنتاجية شار البوليمر

إضافة مثبطات اللهب المكونة للفحم: تشمل الأمثلة استرات الفوسفات، والعوامل القائمة على البورون، ومثبطات اللهب المنتفخة.

الارتباط المتشابك لتعزيز تكوين الفحم: يمكن أن تؤدي إضافة عوامل الارتباط المتشابك إلى تعزيز تكوين الفحم في البوليمرات مثل البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP)، وكلوريد البوليفينيل (PVC)، والبوليسترين (PS). بالنسبة للأكريلونيتريل-بوتادين-ستايرين (ABS)، يمكن استخدام البلمرة المشتركة للكسب غير المشروع لتحقيق تكوين الفحم.

إضافة عوامل تشكيل الفحم: تشتمل عوامل تشكيل الفحم النموذجية على بنتا إريثريتول، وإيزوسيانات، ومشتقات الميلامين، والسليلوز ومشتقاته، وأكسيد البولي فينيلين (PPO)، والفينول فورمالدهايد (PF)، والبولي إيثيريميد (PEI)، والبولي كربونات (PC)، والبوليميد (PI)، والبولي أميد (PA)، والبولي يوريثين الحراري (TPU). يمكن لهذه العوامل أن تفحم نفسها فقط، ولا يمكنها تحفيز تكوين الفحم في مواد أخرى، لذا يجب أن تكون إضافتها 5% على الأقل.

إضافة عوامل التآزر التحفيزية المكونة للفحم: تشمل الأمثلة أكاسيد المعادن وسيليكات الألومنيوم مثل الزيوليت والتلك والكاولين والهيدروتالسيت. يمكن أن تحفز هذه العناصر تكوين شار في مكونات أخرى وتتم إضافتها عادةً بكميات أقل من 5%. على سبيل المثال، إضافة 1% من أكسيد الزنك يمكن أن يزيد مؤشر الأكسجين لتركيبة مثبطات اللهب ABS بنسبة 5%.

ثالثا. تقنية مثبطات اللهب المضادة للتنقيط من البوليمر

يشير تقطير البوليمر أثناء الاحتراق إلى الظاهرة التي يتساقط فيها البوليمر المنصهر أثناء الاحتراق. يُحظر هذا تمامًا في البوليمرات المقاومة للهب، حيث يمكن أن يؤدي التقطير إلى إشعال الأجسام الموجودة أسفل المادة المحترقة، مما يساهم في انتشار الحريق. يحدد اختبار UL للاحتراق العمودي أن التقطير يجب ألا يؤدي إلى إشعال الأجسام الموجودة بالأسفل.

تظهر العديد من البوليمرات خصائص التنقيط الذائب، مثل PE وPP والبوليسترين عالي التأثير (HIPS) والبولي أميد (PA) والبولي كربونات (PC). ولذلك، فإن التعديلات المضادة للتنقيط ضرورية. تعد تقنية تكوين الفحم البوليمري إحدى الطرق الأساسية لمنع التنقيط، وغالبًا ما تتماشى تقنية مكافحة التنقيط مع تكوين الفحم. يتم تقديم الطرق التالية:

إضافة عوامل الربط المتشابك: يعد الارتباط المتشابك طريقة فعالة لتعزيز تكوين الحرف ووسيلة أساسية لمنع التقطير. على سبيل المثال، إضافة عوامل التشابك مثل ترايليل إيزوسيانورات (TAIC) أو بيروكسيد الديكيوميل (DCP) إلى PP يمكن أن يؤدي إلى تفاعلات التشابك. وهذا يزيد من تكوين الفحم على السطح المحترق، مما يمنع القطرات المنصهرة بشكل فعال في درجات حرارة عالية.

1. إضافة وكيل الربط المتبادل

يعد التشابك طريقة فعالة لتعزيز تكوين الفحم، ولكن أيضًا الوسائل التقنية الرئيسية لمكافحة التنقيط، مثل إضافة عامل التشابك ثلاثي إيزوسيانات تريليل (TAIC) أو ثنائي إيزوبروبيل بيروكسيد البنزين (DCP) في PP، يمكن أن يجعل تفاعل التشابك PP، سطح جسم الاحتراق في احتراق الفحم يزيد، يمكن أن يمنع بشكل فعال الذوبان من التنقيط عند درجات حرارة عالية.

2. أضف عامل مضاد للتنقيط

عامل مضاد للتنقيط أكثر فعالية للبولي تترافلوروإيثيلين (F4)، مبدأ استخدام F4 في معالجة البوليمر في تأثير الرجفان، زيادة كبيرة في قوة الذوبان ومعامل المرونة، الذوبان، حتى لو كان استطالة الذوبان بسبب قوة الارتفاع أيضًا لن تقطر، يمكنك لعب دور في دور مكافحة التنقيط لتقليل انتشار اللهب. بالإضافة إلى ذلك، يمكنه أيضًا زيادة قوة الذوبان وخصائص مقاومة الانهيار للبوليمر.

هناك نوعان من العوامل المضادة للتنقيط في السوق اليوم: PTFE النقي وPTFE المعدل. يتم استخدام متعدد رباعي فلورو إيثيلين النقي بشكل مباشر مع تشتت ضعيف، ومن السهل تكتله، لذلك من الصعب استخدام العملية، وسيؤدي التشتت السيئ إلى ضعف سطح المنتج وتأثير ضعيف ضد التنقيط.

في الوقت الحاضر، هناك نوع من العوامل المضادة للتنقيط في السوق وهو مسحوق PTFE معدّل خاص، والمنتجات النموذجية مثل عامل مكافحة التنقيط PA-5935 الذي طورته شركة 3M الأمريكية، والذي يعتمد على إضافات الفلور PTFE، المخصصة لاستخدام SAN لمعالجة العبوة، وتتميز راتنجات الأغراض العامة بتوافق وشفافية أفضل، ونسبة الكتلة من PTFE وSAN هي 7:3~5:5.

بالإضافة إلى عامل مكافحة التنقيط PTFE، يمكن لبعض الحشوات غير العضوية أن تلعب دور مكافحة التنقيط، على وجه التحديد مثل التلك والمونتموريلونيت العضوي وأكاسيد المعادن، وما إلى ذلك، والتي يتمتع المونتموريلونيت العضوي منها أيضًا بخصائص تكوين الفحم وخصائص مضادة للهجرة.

3. إضافة المتوافق

إضافة مبدأ مكافحة التنقيط المتوافق: إضافة المتوافق بعد توافق مكونات الصيغة لتحسين كمية الفحم، يمكن أن تصل إلى 15.88٪، وبالتالي تحسين تكثيف طبقة الفحم الاحتراق، تلعب دورًا في مكافحة التنقيط.

إن إضافة كمية مناسبة من PP-g-MAH في صيغة PP/مثبط اللهب المنفوخ (IFR) 70:30 لا يؤدي فقط إلى تحسين أداء مثبطات اللهب، ولكنه يوفر أيضًا أداء غير متقطر، في حين أن صيغة PP/مثبطات اللهب المنفوخة (IFR) 70:30 النقية تتميز بظاهرة التقطر.