पॉलीप्रोपिलीन (PP) प्लास्टिक के लिए उपयोग में आने वाले कुछ सामान्य अग्निरोधक पदार्थों का परिचय

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इस पोस्ट को अंतिम बार “डेजर्ट में तैरने वाली मछली” द्वारा 2016-12-15 को 16:27 बजे संपादित किया गया। PP पॉलीप्रोपाइलीन में उपयोग होने वाले अग्निरोधक पदार्थों की कई किस्में हैं; रासायनिक संरचना के आधार पर इन्हें दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है – कार्बनिक अग्निरोधक पदार्थ एवं अकार्बनिक अग्निरोधक पदार्थ।； उपयोग की विधि के आधार पर, इन्हें “प्रतिक्रियात्मक प्रकार” एवं “मिश्रणात्मक प्रकार” में प्रतिनिधि अग्निरोधक पदार्थों में ब्रोमीन-आधारित, फॉस्फोरस-नाइट्रोजन-आधारित, फॉस्फोरस-आधारित पदार्थ, साथ ही एल्यूमिनियम हाइड्रॉक्साइड, मैग्नीशियम ह ब्रोमिन आधारित अग्निरोधक पदार्थ: 20वीं शताब्दी के 70–80 के दशक में ब्रोमिन आधारित अग्निरोधक पदार्थों का तेज़ विकास हुआ। C-Br बंधन की ऊर्जा कम होने के कारण, अधिकांश ब्रोमिन आधारित अग्निरोधक पदार्थ 200–300°C के तापमान पर विघटित हो जाते हैं। यही तापमान सीमा पॉलीप्रोपीलीन के विघटन हेतु भी उपयुक्त है; इसलिए जब पॉलीप्रोपीलीन गर्मी के कारण विघटित होता है, तो ब्रोमिन आधारित अग्निरोधक पदार्थ भी विघटित होने लगते हैं। इसे विघटित किया जा सकता है, एवं इसके अपघटन की प्रक्रिया में उत्पन्न होने वाले मुक्त कणों को पकड़ा जा सकता है; इससे दहन की श्रृंखला-प्रतिक्रिया को धीमा किया या रोका जा सकता है। एक साथ उत्पन्न होने वाला HBr, वास्तव में एक अग्निरोधी गैस है। इस गैस का घनत्व अधिक होता है; इसलिए यह सामग्री की सतह पर जमा हो जाती है, जिससे सतह पर मौजूद ज्वलनशील गैसें बाहर नहीं निकल पातीं, एवं सामग्री के जलने की प्रक्रिया भी रुक जाती है। ऐसे अग्निरोधक पदार्थों का उपयोग अन्य कुछ यौगिकों (जैसे एंटीमोनी ऑक्साइड) के साथ भी किया जा सकता है; ऐसा करने से सह-प्रभाव के कारण अग्निरोधक प्रभाव में काफी सुधार होता है। ब्रोमिन युक्त अग्निरोधक पदार्थ, पॉलीप्रोपीलीन में अग्निरोधक गुण देने हेतु महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वर्तमान में इस क्षेत्र में उपयोग में आने वाले प्रमुख उत्पादों में डेकाब्रोमोडाइफेनॉल, टेट्राब्रोमोबिस्फेनॉल-ए, टेट्राब्रोमोडाइपेंटानोल, ब्रोमीनेटेड पॉलीस्टाइरीन, पेंटाब्रोमोटोलुइन एवं हेक्साब्रोमोसाइक्लोडोडेकेन आदि शामिल हैं। ब्रोमिन आधारित अग्निरोधक पदार्थों का मुख्य नुकसान यह है कि ये अग्निरोधक पदार्थों से सुरक्षित रहने वाली सामग्रियों की यूवी किरणों के प्रति स्थिरता को कम कर देते हैं। इनके दहन से अधिक मात्रा में धुआँ, क्षारीय गैसें एवं विषाक्त गैसें उत्पन्न होती हैं; इस कारण इनके उपयोग पर कुछ प्रतिबंध लग जाते हैं। 2. फॉस्फोरस-नाइट्रोजन आधारित अग्निरोधक पदार्थ: फॉस्फोरस-नाइट्रोजन आधारित अग्निरोधक पदार्थों को “विस्तारशील अग्निरोधक पदार्थ” भी कहा जाता है। ऐसे अग्निरोधक पदार्थों वाले पॉलिमरों को गर्म करने पर, उनकी सतह पर एक समान कार्बनीय झिल्ली बन जाती है; यह झिल्ली ऊष्मा एवं ऑक्सीजन को रोकने, धुएँ को कम करने में मदद करती है, एवं पिघलने की प्रक्रिया को भी रोकती है। इस कारण ऐसे पदार्थों में उत्कृष्ट अग्निरोधक गुण होते हैं। विस्तारक-प्रकार की अग्निरोधक प्रणालियाँ आमतौर पर तीन घटकों से मिलकर बनती हैं – अम्ल स्रोत (जलनाशक), कार्बन स्रोत (कार्बन उत्पन्न करने वाला पदार्थ), एवं गैस स्रोत (नाइट्रोजन स्रोत, फुलाव उत्पन्न करने वाला पदार्थ)। विस्तारशील अग्निरोधक पदार्थ, मुख्य रूप से छिद्रयुक्त कार्बन फोम परतों के निर्माण के माध्यम से घनीभूत अवस्था में अग्निरोधक कार्य करते हैं। फॉस्फोरस-नाइट्रोजन आधारित अग्निरोधक पदार्थों में हैलोजन-रहित होने, कम धुएँ उत्पन्न करने, एवं कम विष 3. फॉस्फर-आधारित अग्निरोधक पदार्थ: फॉस्फर-आधारित अग्निरोधक पदार्थ, पॉलिमरों के विघटन की प्रक्रिया में होने वाले जलनिकासन को रोककर, उन्हें कार्बनीक रूप में बदलने में मदद करते हैं। इस निर्जलीकरण/कार्बनीकरण प्रक्रिया के लिए, पॉलिमर में मौजूद ऑक्सीजन-युक्त समूहों का ही उपयोग आवश्यक है; अर्थात्, केवल उन्हीं पॉलिमरों के लिए ही यह प्रक्रिया संभव है, जिनकी संरचना में ऑक्सीजन-युक्त सम इनका अग्निरोधक प्रभाव बेहतर होता है। पॉलीप्रोपिलीन के मामले में, चूँकि इसकी आणविक संरचना में ऑक्सीजन युक्त समूह नहीं होते, इसलिए केवल फॉस्फर-आधारित अग्निरोधक पदार्थों का उपयोग करने से अच्छा अग्निरोधक प्रभाव प्राप्त नहीं होता। लेकिन यदि इन फॉस्फर-आधारित अग्निरोधक पदार्थों को (OH)3 एवं Mg(OH)2 जैसे पदार्थों के साथ मिलाया जाए, तो सहयोगात्मक प्रभाव पैदा होता है, जिससे बेहतर अग्निरोधक प्रभाव प्राप्त होता है। आमतौर पर उपयोग में आने वाले कार्बनिक फॉस्फोरस-आधारित अग्निरोधक पदार्थों में ट्राइफेनिल फॉस्फेट, ट्राइटोलुइन फॉस्फेट, ट्राइ(डाइटोलुइन) फॉस्फेट, प्रोपिलीन-आधारित फॉस्फेट, ब्यूटिलीन-आधारित फॉस्फेट आदि शामिल हैं। फॉस्फेटों की विशेषता यह है कि इनमें अग्निरोधक एवं प्लास्टिसाइज़र दोनों गुण होते हैं। यह अग्निरोधक पदार्थों को हैलोजन-रहित बनाने में सहायक है; इसकी प्लास्टिसाइजिंग क्षमता के कारण प्लास्टिक को आसानी से आकार दिया जा सकता है, एवं दहन के बाद शेष रहने वाले अवशेषों को भी नियंत्रित किया जा सकता है। इससे उत्पन्न होने वाली विषाक्त एवं क्षारक गैसों की मात्रा, हैलोजन-आधारित अग्निरोधक पदार्थों की तुलना में इसका मुख्य लाभ यह है कि इसकी दक्षता अधिक होती है। ； प्रकाश-स्थिरता या प्रकाश-स्थिरकों के प्रभाव पर इसका बहुत कम प्रभाव पड़ता है। ； प्रसंस्करण एवं दहन के दौरान यह कम क्षारीय होता है। ； यह पुनः जलने की प्रक्रिया में बाधा डालता है ； अग्निरोधक सामग्री की मात्रा में बहुत कम या कोई वृद्धि नहीं होती। लेकिन अधिकांश फॉस्फेट-आधारित अग्निरोधक पदार्थों में भी कुछ कमियाँ होती हैं। जैसे कि ऊष्मा-प्रतिरोधकता कम होना, वाष्पशीलता अधिक होना, संगतता ठीक न होना, एवं दहन के दौरान टिप्पणियाँ उत्पन्न होना आदि। फॉस्फोरस युक्त अकार्बनिक अग्निरोधक पदार्थों में सबसे महत्वपूर्ण उत्पादों में लाल फॉस्फोरस, अमोनियम फॉस्फेट, पॉलीअमोनियम फॉस्फेट आदि शामिल हैं। जैसे-जैसे बिना हैलोजन वाले अग्निरोधक पदार्थों का उपयोग बढ़ रहा है, लाल फॉस्फर आधारित अग्निरोधक पदार्थों का उपयोग भी बढ लाल फॉस्फरस की अग्निरोधक क्षमता, फॉस्फेट यौगिकों की तुलना में बेहतर होती है। फॉस्फोरस युक्त अकार्बनिक अग्निरोधक पदार्थों का उपयोग इनकी उत्कृष्ट ऊष्मा-स्थिरता, गैसों के उत्पन्न न होना, घर्षणकारी गैसों का न उत्पन्न होना, दीर्घकालिक प्रभाव, एवं कम विषाक्तता जैसी विशेषताओं के कारण व्यापक रूप से किया जाता है। 4. एल्यूमिनियम हाइड्रॉक्साइड Al(OH)3 (संक्षेप में ATH), 200-300°C के तापमान पर विघटित हो जाता है। इसके विघटन हेतु आवश्यक ऊर्जा 1,967.8 जूल/ग्राम है। यह अग्निरोधक, धुएँ को रोकने वाला, एवं भराव हेतु उपयोगी – ऐसे तीनों कार्यों को पूरा करने वाला एक उत्कृष्ट अग्निरोधक पदार्थ है। इसके फायदे यह हैं कि यह गैर-विषैला, गैर-क्षारीय है; इसकी स्थिरता अच्छी है, यह वाष्पित नहीं होता, एवं उच्च तापमान पर भी इससे कोई विषैली गैसें नहीं उत्पन्न होतीं। साथ ही, इसकी कीमत कम है, एवं इसका स्रोत भी व्यापक है। लेकिन एक अग्निरोधक के रूप में, इसके कुछ नुकसान भी हैं; जैसे कि इसमें भराव सामग्री की मात्रा अधिक होती है, इसके यांत्रिक गुण कम हो जाते हैं, एवं इसे प्रसंस्कृत कर Al(OH)3 का विघटन तब शुरू होता है, जब पॉलिमर ठोस अवस्था से तरल अवस्था में परिवर्तित होता है; इसलिए यह पॉलिमर सामग्री में तापमान में होने वाली वृद्धि को रोकने में सहायक होता है। जब Al(OH)3 की मात्रा 40% होती है, तो सामग्री के ऊष्मीय विघटन की गति में काफी कमी आ जाती है; इससे अग्निरोधक प्रभाव प्राप्त होता है, एवं धुएँ की मात्रा भी कम हो जाती है। 5. मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड – मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड 340-490℃ के तापमान पर विघटित हो जाता है। इसके विघटन हेतु आवश्यक ऊर्जा 782.9 जूल/ग्राम है। यह ऊष्मा-स्थिर होता है, एवं इसमें अच्छे अग्निरोधक एवं धुआँ-निरोधक गुण होते हैं। इसलिए यह उच्च तापमान पर प्रसंस्कृत किए जाने वाले पॉलीप्रोपिलीन सामग्रियों के लिए बहुत ही उपयुक्त है। PP में Mg(OH)2 का उपयोग करने पर (जब इसकी मात्रा 50% से अधिक होती है), इसका अग्निरोधक प्रभाव बहुत अच्छा होता है; यह Al(OH)3 की तुलना में बेहतर है। समान भराव मात्रा के तहत, विभिन्न अनुपातों में उपयोग किए गए हाइड्रॉक्साल्यूमिनियम एवं हाइड्रॉक्सीमैग्नीशियम का अग्निरोधक प्रभाव खासा अंतर नहीं दिखाता। लेकिन दोनों का संयुक्त उपयोग, अलग-अलग उपयोग की तुलना में बेहतर परिणाम देता है; क्योंकि हालाँकि दोनों ही विघटन अभिक्रियाएँ हैं, लेकिन विघटन का तापमान एवं ऊष्मा शोषण की मात्रा में अंतर होता है। मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड को निर्जलीकृत करने हेतु उच्च तापमान की आवश्यकता होती है; साथ ही इस प्रक्रिया में कार्बनीकरण भी होता है। जबकि मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड द्वारा अवशोषित ऊष्मा की मात्रा अपेक्षाकृत कम होती है; क्योंकि यह सामग्री के तापमान में वृद्धि को रोकने में एल्यूमिनियम हाइड्रॉक्साइड जितना प्रभावी नहीं होता। दोनों का संयुक्त उपयोग करने से एक-दूसरे की कमियाँ पूरी हो जाती हैं, और ऐसी स्थिति में इनकी अग्निरोधक क्षमता अकेले उपयोग कर लेकिन Mg(OH)2 में भी अम्ल-प्रतिरोधकता कम होना, विघटन की प्रवृत्ति होना, एवं संगतता संबंधी समस्याएँ होना जैसी कमियाँ हैं; इसलिए ऐसी नई किस्मों का विकास आवश्यक है जिनमें संगतता अच्छी हो।