سيانورات الميلامين (MCA): التي كانت ذات يوم مثبطات للهب خالية من الهالوجين، تحليل مزاياها وعيوبها

سيانورات الميلامين (MCA): التي كانت ذات يوم مثبطات للهب خالية من الهالوجين، تحليل مزاياها وعيوبها

1. نظرة عامة

سيانورات الميلامين (MCA)، مع الصيغة الجزيئية C₆H₃N₉O₃، هو مركب تم تحضيره عن طريق تفاعل التمليح الحمضي القاعدي للميلامين وحمض السيانوريك، يتمتع MCA بمزايا المقاومة الجيدة للحرارة، ومقاومة الماء، والدخان المنخفض، والسعر المنخفض، وما إلى ذلك. حاليًا، تم استخدام سيانورات الميلامين لتحسين تثبيط اللهب PA6، PP وPBT.حاليًا، يتم استخدام سيانورات الميلامين على نطاق واسع في تحسين خصائص مثبطات اللهب ومقاومة التنقيط لـ PA6، PP وPBT، وقد حقق نتائج جيدة.

MCA هو جزيء مستو كبير يتكون من التمدد المستمر للميلامين وحمض السيانوريك من خلال الروابط الهيدروجينية.يرجع تكوين هذا الجزيء إلى أن جزيئات الميلامين وحمض السيانوريك عبارة عن جزيئات مترافقة من تريازين مستوي، حيث يحتوي الميلامين على ثلاث مجموعات معقدة، بينما يحتوي حمض السيانوريك على ثلاث مجموعات أمينية ثانية أو هيدروكسيل (أيزومرات متبادلة)، وكلاهما يشكل تسعة روابط هيدروجينية في ثلاثة اتجاهات، والتي تتجمع ذاتيًا لتشكل شبكة روابط هيدروجينية مستوية ضخمة ذات بنية منتظمة، مكونة MCA.يشكل الاثنان تسع روابط هيدروجينية في ثلاثة اتجاهات، وبالتالي يتجمعان ذاتيًا في شبكة روابط هيدروجينية كبيرة ذات بنية منتظمة، مكونين جزيء MCA.

MCA عبارة عن مسحوق أبيض صلب، عديم الرائحة والمذاق، يحتوي على نسبة عالية من النيتروجين (48%±2%) وكثافة 1.5 جم/سم3³.نظرًا لبنيتها الصفائحية، فهي تتمتع بملمس تشحيم.المركب محب للماء، غير قابل للذوبان في الماء، في الكحوليات والإسترات ومذيبات الأثير، قابلية الذوبان منخفضة جدًا، ولكن يمكن أن تكون مشتتة جيدًا في الوسائط الزيتية ذات الثبات العالي، بدأت في التسامي عند 320 درجة مئوية ولكنها لا تتحلل، ودرجة حرارة التحلل حوالي 440 ~ 450 درجة مئوية.

MCA عبارة عن منتجات كيميائية دقيقة تحتوي على النيتروجين تم تطويرها في الخارج في أواخر السبعينيات، بدأت الصين في تطوير منتجات MCA في بداية الثمانينات من القرن العشرين في المواد القابلة للاحتراق الإيجابية القائمة على الفوسفور، والتي استخدمت لأول مرة في مواد التشحيم الميكانيكية، إلى جانب تطوير صناعة البلاستيك الهندسية، يتزايد الطلب في السوق على MCA تدريجيًا، وفي النصف الثاني من عام 2017، كان هناك فائض في المعروض من MCA في السوق.

2. طريقة تصنيع سيانورات الميلامين

طريقة عملية إنتاج MCA هي بشكل أساسي طريقة تكوين ملح الطور المائي للميلامين وحمض السيانوريك.يتم وضع الميلامين وحمض السيانوريك في الماء وفقًا لنسبة متساوية المولية، وتكون نسبة الماء إلى الكتلة الإجمالية للميلامين وحمض السيانوريك 100:(8~12)، ويتم تسخينها إلى 85~95 درجة مئوية، وتتفاعل لمدة ساعة واحدة تقريبًا، و ثم تصفيته للحصول على منتج MCA.

3. توصيف الميلامين سيانورات

ويبين الشكل التالي أطياف الأشعة تحت الحمراء لـ MCA، حيث يبلغ طولها 3391 سم^-1 هي ذروة امتصاص الاهتزاز التلسكوبي لـ NH، و

3230 سم^-1 هي قمة الامتصاص المميزة لمجموعة الهيدروكسيل، ووجود قمم امتصاص متعددة في حدود 3000 ~ 2500 سم - يثبت وجود قمم ترابط الهيدروكسيل، والتي تنتج عن تأثير الرابطة الهيدروجينية في جزيء MCA، 1738 سم^-1 هي ذروة امتصاص الاهتزاز التلسكوبي للمجموعة C=O، 1664 سم^-1 هي ذروة امتصاص الاهتزاز التلسكوبي للهيكل C=N على حلقة التريازين، و1449 سم^-1 هي ذروة امتصاص الاهتزاز التلسكوبي للهيكل C = N على حلقة التريازين و1449 سم-1 لذروة امتصاص الاهتزاز الممتدة.

منحنى فقدان الحرارة لـ MCA تحت N₂ يظهر الغلاف الجوي في الشكل. درجة حرارة تحلل 1% تزيد عن 320 درجة مئوية.

4. آلية مثبطات اللهب لسيانورات الميلامين

يلعب MCA بشكل رئيسي دور مثبطات اللهب في الطور الغازي عندما يكون مثبطات اللهب.يمتص MCA الحرارة ويتسامي ويتحلل أثناء عملية الاحتراق، ويسحب الحرارة، وفي الوقت نفسه، يتحلل وينبعث غازات خاملة مثل الأمونيا، والتي تعمل على تخفيف الأكسجين والغازات القابلة للاشتعال، وذلك لجعل المادة مثبطة للهب حسب إلى الأداء العالي.نظرًا لآلية مثبطات اللهب ذات الطور الغازي، فإنها تصنع أيضًا نايلون مثبطات اللهب MCA (بدون ألياف زجاجية) في التسخين إلى 600 درجة مئوية، وتكون كمية بقايا الكربون بشكل عام 0.

5. مجالات التطبيق الرئيسية لسيانورات الميلامين (MCA)

يستخدم MCA بشكل شائع في مثبطات اللهب للنايلون، المطاط، راتنجات الفينول، راتنجات الإيبوكسي، مستحلب الأكريليك، PVC والأوليفينات الأخرى، بجرعة منخفضة وتأثير جيد لمثبطات اللهب.في الوقت نفسه، يعتبر MCA أيضًا مادة مضافة جيدة لمواد التشحيم، وعامل تلميع الطلاء، ومضافات بلاستيكية من فئة الطلاء.

(1) نايلون مقاوم للهب MCA

إضافة 8% MCA في PA6 يمكن أن يجعل النايلون يصل إلى مستوى UL94 V-0، لكنه غير مستقر.عادة في 5 عينات اختبار، هناك 1 ~ 2 سوف تنتج ظاهرة اشتعال نازف، حتى لو كانت الزيادة في كمية MCA لا يمكن أن تغير الوضع.ومع ذلك، فإن MCA النانوي له تأثير مثبط للهب PA6 أكثر استقرارًا، وإضافة 8% MCA يمكن أن يجعل PA6 يصل إلى درجة UL94 V-0.

قوة الشد لنظام مثبطات اللهب MCA PA6 أقل من قوة الشد لنظام PA6 النقي، فقط انخفاض طفيف؛قوة تأثيره أقل بحوالي 13% من منتجات النايلون النقي؛ومع ذلك، تم تحسين أداء مثبطات اللهب بشكل كبير، وقيمة LoI من 22.3% إلى 28.5%، ومستوى مثبطات اللهب UL94 من V-2 إلى V-0: يزيد معدل تدفق الذوبان قليلاً، لكن MCA النانوي سيؤدي إلى انخفاض في معدل تدفق الذوبان وانخفاض في السيولة.ومع ذلك، فإن MCA النانوي سيؤدي إلى انخفاض في معدل تدفق الذوبان وانخفاض في السيولة.

إضافة MCA إلى الألياف الزجاجية (GF)/PA66 يمكن أن يجعل مركبات GE/PA66 تصل إلى مستوى V-0 لـ UL 94؛تتوزع بلورات MCA بشكل موحد في مصفوفة النايلون، وأثناء الاحتراق، تتحلل MCA من خلال امتصاص الحرارة الخاص بها، وتولد غازًا غير قابل للاحتراق، وتحقق تأثير مثبطات اللهب في الطور الغازي، وتترك مسام النانو على سطح الكربون المتبقي للمواد المركبة.

(2) مثبطات اللهب التآزرية MCA PET

تم تطبيق MCA على الأشرطة اللاصقة المقاومة للهب PET.من خلال إضافة MCA إلى المحلول اللاصق للأشرطة اللاصقة PET، يمكن أن تتمتع الأشرطة اللاصقة PET بخصائص أفضل لتثبيط اللهب، على سبيل المثال، التفحم والتجعيد والإطفاء الذاتي عند الاشتعال.

بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام MCA أيضًا لتحضير مثبطات اللهب المخلوطة MCA PET، عندما كان محتوى الفسفور 0.6% وإضافة MCA 5%، وصل مؤشر الأكسجين المحدد للمادة المركبة إلى 28% وUL 94 V- 0.وهذا يدل على أن إضافة MCA يحسن خصائص مثبطات اللهب لـ PET.

(3) رغوة البولي يوريثان الصلبة المقاومة للهب MCA (RPUF/MCA)

تم استخدام MCA كمثبط للهب لتحضير RPUF/MCA.30 جزءًا من MCA جعلت مركبات RPUF/MCA تصل إلى مستوى V-1 من UL94، مع مؤشر أكسجين نهائي يبلغ 22.0%.أدت إضافة MCA إلى تقليل درجة حرارة التحلل الحراري الأولية وكثافة دخان الاحتراق للمركبات، مما أدى إلى تحسين خصائص مثبطات اللهب بشكل فعال.

6. مزايا وعيوب MCA

1. الاستقرار الحراري العالي: يمكن لـ MCA الحفاظ على تأثير مثبطات اللهب المستقر عند درجة حرارة عالية، وليس من السهل أن تتحلل، ويمكن أن تقلل بشكل فعال من أداء احتراق المادة.

2. تأثير مثبطات اللهب الممتاز: يمكن لـ MCA تشكيل طبقة واقية في المادة، وعزل مصدر الاحتراق بشكل فعال، وتقليل سرعة انتشار اللهب، وتحسين درجة مثبطات اللهب للمادة.

3. خالي من الهالوجين: لا يحتوي MCA على عناصر سامة مثل البروم والكلور.4.

4. مقاومة جيدة للشيخوخة الحرارية: يتمتع MCA بمقاومة جيدة للشيخوخة الحرارية في المادة، والتي يمكن أن تطيل عمر خدمة المادة.

5. تأثير صغير على خصائص المواد: MCA له تأثير صغير على الخصائص الفيزيائية وخصائص معالجة المادة، وله نطاق واسع من التطبيقات.

ومع ذلك، هناك بعض عيوب الميلامين سيانورات.أولاً، قد تنتج عن عملية إنتاجه غازات سامة تسبب تلوث البيئة.ثانياً، ارتفاع سعر سيانورات الميلامين، مما يزيد من تكلفة إنتاج المنتج.بالإضافة إلى ذلك، عند درجات الحرارة المرتفعة، قد يطلق سيانورات الميلامين غازات سامة قد تؤثر على صحة الإنسان.

لذلك، عند استخدام سيانورات الميلامين، من الضروري الانتباه إلى آثاره البيئية والصحية والبحث عن بدائل أكثر صداقة للبيئة وأكثر أمانًا لتعزيز التنمية المستدامة لمثبطات اللهب.في الوقت نفسه، مع الوعي المتزايد بحماية البيئة، ستصبح مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين الخضراء والصديقة للبيئة هي اتجاه التطوير المستقبلي.