نبذة عن بعض مثبطات الاشتعال الشائعة المستخدمة في بلاستيك البولي بروبيلين (PP)

Thread Content

تم تعديل هذا المنشور آخر مرة بواسطة “سمكة الصحراء” في تاريخ 15-12-2016 الساعة 16:27. هناك أنواع عديدة من مواد كبح الاشتعال التي يمكن استخدامها في البولي بروبيلين، ويمكن تصنيفها حسب التركيب الكيميائي إلى فئتين رئيسيتين: مواد كبح الاشتعال العضوية ومواد كبح الاشتعال غير العضوية； ووفقًا لطريقة الاستخدام، ينقسم إلى نوع تفاعلي ونوع إضافي. من المواد المثبطة للاشتعال النموذجية: مركبات البروم، ومركبات الفوسفور والنيتروجين، ومركبات الفوسفور، بالإضافة إلى هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم. مواد المكافحة الحرارية المبنية على البروم: شهدت مواد المكافحة الحرارية المبنية على البروم فترة نمو سريعة في منتصف السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين. وبسبب انخفاض طاقة رابطة C-Br، فإن معظم هذه المواد تتفكك عند درجات حرارة تتراوح بين 200 و300 درجة مئوية، وهي نفس النطاق الذي تتفكك فيه مادة البولي بروبيلين أيضًا. لذلك، عندما يتم تسخين البولي بروبيلين ويتفكك، فإن مواد المكافحة الحرارية المبنية على البروم تبدأ أيضًا في التفكك. يقوم بالتحلل، ويستطيع الإمساك بالجذور الحرة الناتجة عن تفاعلات التحلل، وبالتالي يؤخر أو يوقف سلسلة التفاعلات المسببة للاحتراق. كما أن غاز HBr الذي يتم إطلاقه في نفس الوقت هو غاز غير قابل للاشتعال، وله كثافة عالية، مما يسمح له بتغطية سطح المواد وبالتالي منع الغازات القابلة للاشتعال من الوصول إلى السطح، كما يساعد أيضًا في كبح اشتعال المواد. يمكن أيضًا استخدام هذه المواد المثبطة للاشتعال مع بعض المركبات الأخرى (مثل ثلاثي أكسيد الأنتيمون)، مما يؤدي إلى تحسين فعالية كبح الاشتعال من خلال التأثير التآزري. تحتل مواد المثبطات الحرارية المبرومة مكانة مهمة في تطبيقات كبح الاشتعال في البولي بروبيلين، ومن المنتجات الرئيسية حاليًا دايبروموديفينيل إيثر، وتترابروموبيسفينول أ، وتترابروموديبيوتيليترات، والبوليستيرين المبروم، وبنتابروموتولوين، وسيكلودوديكان السداسي البروم. العيب الرئيسي لمواد التثبيط الحراري المبنية على البروم هو أنها تقلل من مقاومة المواد المراد حمايتها من أشعة الشمس، كما أنها تنتج كميات كبيرة من الدخان والغازات المسببة للتآكل والغازات السامة أثناء الاحتراق، مما يحد من استخدامها إلى حد ما. 2. مواد مضادة للاشتعال من نوع الفوسفور والنيتروجين: تُعرف مواد مضادة للاشتعال من نوع الفوسفور والنيتروجين أيضًا باسم المواد المضادة للاشتعال من النوع المتمدد. عند تعرض البوليمرات التي تحتوي على هذه المواد للحرارة، يتكون على سطحها طبقة موحدة من الرغوة الكربونية، وهو ما يساعد في عزل الحرارة والأكسجين وكبح تكون الدخان، كما يمنع حدوث تكتلات صلبة ناتجة عن الانصهار، ولذلك فإن لها خصائص مضادة للاشتعال ممتازة. عادةً ما يتكون نظام المقاومة الحرارية التوسعي من ثلاثة أجزاء: مصدر الأحماض (مادة إزالة الماء)، ومصدر الكربون (مادة تكوين الكربون)، ومصدر الغاز (مصدر النيتروجين، مصدر التفجير). تعمل مواد التثبيط الحراري المتمددة بشكل أساسي على تثبيط الاشتعال في الحالة المتراكمة من خلال تكوين طبقة من الكربون الرغوي المسامي. مثبطات الاشتعال من نوع الفوسفور والنيتروجين تتميز بخصائص مثل عدم احتوائها على الهالوجينات، وانخفاض كمية الدخان الناتج عنها، بالإضافة إلى قلة سميتها 3. مواد مكافحة الاشتعال الفوسفاتية: تعمل مواد مكافحة الاشتعال الفوسفاتية على منع الاشتعال من خلال تسريع عملية التحلل المبكر للبوليمرات، مما يؤدي إلى فقدان الماء وتحولها إلى كربون. يجب أن تعتمد خطوة الإزالة المائية والتكربن هذه على المجموعات الأكسجينية الموجودة في البوليمر نفسه، وذلك بالنسبة للبوليمرات التي تحتوي في تركيبها على مجموعات أكسجينية. سيكون تأثيرها المضاد للاشتعال أفضل. بالنسبة للبوليبروبيلين، ونظرًا لأن تركيبه الجزيئي لا يحتوي على مجموعات كربوكسيلية، فإن استخدام مواد مثبطة للاشتعال من نوع الفوسفور بمفردها لا يؤدي إلى تأثير جيد في كبح الاشتعال. لكن عند دمجها مع مواد مثل (OH)3 وMg(OH)2، يمكن تحقيق تأثير تآزري، مما يؤدي إلى نتائج جيدة في كبح الاشتعال. من المواد المضادة للاشتعال من فئة الفوسفات العضوي التي تُستخدم بشكل شائع: ثلاثي فنيل فوسفات، وثلاثي ميثيل فنيل فوسفات، وثلاثي (ديميثيل بنزيل) فوسفات، بالإضافة إلى فوسفاتات البروبيلين وفوسفاتات البوتيلين. تتميز الفوسفاتات بوجود وظيفتين في نفس الوقت، وهما مقاومة الاشتعال والتخمير. يمكنه جعل مواد المقاومة للاشتعال خالية من الهالوجينات، كما أن وظيفته المرنة تساعد على تحسين قابلية تشكيل البلاستيك أثناء عملية التصنيع، بالإضافة إلى أنه يساعد في الحد من بقايا الاحتراق. كمية الغازات السامة والمسببة للتآكل المنتجة أقل مقارنة بمثبطات الاشتعال الهالوجينية. ميزته الرئيسية هي الكفاءة العالية ； تأثيره على الاستقرار تحت أشعة الضوء أو على فعالية مواد التثبيت الضوئي ضئيل ； مستوى التآكل منخفض أثناء المعالجة والاحتراق ； له تأثير يمنع الاندلاع مجددًا ； يقل وزن مواد المقاومة للاشتعال أو لا يزداد على الإطلاق. لكن معظم مثبطات الاشتعال من نوع الفوسفيتات لها أيضًا بعض العيوب. مثل ضعف مقاومة الحرارة، وارتفاع القابلية للتبخر، وعدم التوافق المثالي، بالإضافة إلى تكوّن قطرات أثناء الاحتراق. أهم المنتجات من مواد التثبيط غير العضوية التي تحتوي على الفوسفور هي مثبط الاشتعال المصنوع من الفوسفور الأحمر، وأملاح الفوسفات الأمونيوم، والفوسفات الأمونيوم المتعدد. مع زيادة استخدام المواد المثبطة للاشتعال الخالية من الهالوجينات، يزداد أيضًا استخدام مثبط الاشتعال الفوسفور الأحمر. تتمتع الفوسفين الأحمر بخصائص مقاومة للحريق أفضل من خصائص مضادات الاشتعال من فئة الفوسفاتيدات. حظيت المواد الكيميائية غير العضوية المثبطة للاشتعال التي تحتوي على الفوسفور بتطبيق واسع بفضل مزاياها مثل استقرارها الحراري، وعدم تبخرها، وعدم إنتاجها لغازات مسببة للتآكل، وفعاليتها المستمرة، وانخفاض سميتها. 4. يتفكك هيدروكسيد الألومنيوم Al(OH)3 (المعروف اختصارًا باسم ATH) في درجات حرارة تتراوح بين 200 و300 درجة مئوية، وكمية الطاقة الممتصة أثناء عملية التفكك تبلغ 1,967.8 جول/غرام. وهو مادة مضادة للاشتعال تجمع بين ثلاث وظائف رئيسية: مقاومة الاشتعال، وكبح تكوّن الدخان، والاستخدام كمادة مالئة. يتمتع بمزايا مثل عدم السمية، وعدم التآكل، والاستقرار العالي، وعدم التبخر، وعدم إنتاج غازات سامة في درجات الحرارة المرتفعة، كما أن سعره منخفض ومصادره واسعة. لكن كمادة مثبطة للاشتعال، فإن لها أيضًا عيوبًا تتمثل في كمية المواد المستخدمة الكبيرة، وانخفاض الخصائص الميكانيكية، وتدهور قابلية المعالجة. تكمن درجة الحرارة التي يبدأ عندها تفكك Al(OH)3 في المرحلة التي يتحول فيها البوليمر من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، ولذلك فإنه يساعد في كبح ارتفاع درجة الحرارة لدى المواد البوليمرية في المراحل المبكرة. عندما تكون نسبة إضافة Al(OH)3 40%، يمكن تقليل سرعة التحلل الحراري للمادة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تأثير مضاد للاشتعال وتقليل كمية الدخان المنتج. 5. هيدروكسيد المغنيسيوم: يتفكك هيدروكسيد المغنيسيوم في النطاق الحراري من 340 إلى 490 درجة مئوية، وكمية الطاقة المستهلكة في عملية التفكك تبلغ 782.9 جول/غرام. كما أن له استقرارًا حراريًا جيدًا، بالإضافة إلى قدرته العالية على مقاومة الاشتعال وإزالة الدخان، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لمعالجة مواد البوليبروبيلين ذات درجات الحرارة العالية. يُظهر Mg(OH)2 تأثيرًا ممتازًا في مقاومة الاشتعال عند استخدامه في PP (عندما تكون نسبته أكبر من 50%)، وهو أفضل من Al(OH)3. عند نفس كمية المواد المستخدمة، لا يوجد فرق كبير في فعالية مواد هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم في منع الاشتعال. لكن استخدام النوعين معًا يعطي نتائج أفضل من استخدام أحدهما بمفرده، وذلك لأنه رغم أن كلاهما يخضع لتفاعلات إزالة الماء، إلا أن هناك اختلافات في درجة حرارة التحلل وكمية الحرارة الممتصة. يحتاج هيدروكسيد المغنيسيوم إلى درجة حرارة أعلى ليتخلص من الماء، كما يحدث له تأثير التكربن في نفس الوقت. أما قدرة هيدروكسيد المغنيسيوم على امتصاص الحرارة فهي أقل نسبيًا، لأن تأثيره في كبح ارتفاع درجة حرارة المادة ليس بنفس فعالية هيدروكسيد الألومنيوم، وعند استخدامهما معًا يمكنهما تعويض بعضهما البعض، مما يؤدي إلى تحسين خصائص مقاومة الاشتعال مقارنة باستخدام أحدهما بمفرده. لكن لـ Mg(OH)2 أيضًا عيوب مثل ضعف مقاومته للأحماض، بالإضافة إلى ضعف قدرته على التشتت وضعف توافقه مع المواد الأخرى، لذا هناك حاجة إلى تطوير أنواع جديدة ذات توافق أفضل.