Pengenalan beberapa bahan penghambat api yang umum digunakan untuk plastik polipropilen (PP)

Thread Content

Post ini terakhir kali disunting oleh DesertFish pada tanggal 2015-12-15 pukul 16:27. Terdapat berbagai macam bahan penghambat api yang dapat digunakan untuk polipropilena (PP); berdasarkan komposisi kimianya, bahan-bahan tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua kategori utama: penghambat api organik dan penghambat api anorganik； Berdasarkan cara penggunaannya, dibagi menjadi tipe reaktif dan tipe tambahan. Bahan penghambat api yang umum digunakan antara lain berbasis bromin, berbasis fosfor-nitrogen, berbasis fosfor, serta aluminium hidroksida dan magnesium hidroksida. Bahan penghambat api berbasis bromin mengalami masa kejayaan yang pesat pada pertengahan tahun 1970-an hingga 1980-an. Karena energi ikatan C-Br yang relatif rendah, sebagian besar bahan penghambat api berbasis bromin akan terurai pada suhu 200–300°C. Suhu ini juga merupakan rentang suhu di mana polipropilen terurai. Oleh karena itu, ketika polipropilen terurai akibat pemanasan, bahan penghambat api berbasis bromin pun mulai bereaksi. Melakukan dekomposisi, serta mampu menangkap radikal bebas yang dihasilkan dari reaksi degradasinya, sehingga memperlambat atau menghentikan reaksi berantai pembakaran. HBr yang dilepaskan sekaligus merupakan gas yang sulit terbakar. Gas ini memiliki densitas tinggi, sehingga dapat menutupi permukaan bahan. Hal ini berfungsi untuk mencegah gas-gas mudah terbakar dari mencapai permukaan bahan tersebut, sekaligus menghambat proses pembakaran bahan tersebut. Bahan penghambat api jenis ini juga dapat digabungkan dengan senyawa lainnya (seperti antimon trioksida), sehingga melalui efek sinergisnya, efektivitas penghambatan api dapat ditingkatkan secara signifikan. Bahan penghambat api berbasis bromin memainkan peran penting dalam aplikasi penghambatan api pada polipropilen. Produk-produk utama yang digunakan saat ini antara lain dekabromodifenil eter, tetrabromobisfenol A, tetrabromodietilenglikol, polistirena berolesi bromin, pentabromotoluen, dan heksabromocyclododekan. Kekurangan utama bahan penghambat api berbasis bromin adalah penurunan stabilitas bahan yang akan dihambat api terhadap sinar ultraviolet. Selain itu, saat terjadi pembakaran, bahan ini menghasilkan asap yang banyak, gas-gas korosif, serta gas-gas beracun, sehingga penggunaannya pun terbatas. 2. Bahan penghambat api berbasis fosfor-nitrogen. Bahan penghambat api berbasis fosfor-nitrogen juga disebut bahan penghambat api tipe ekspansif. Polimer yang mengandung bahan penghambat api ini, ketika dipanaskan, akan membentuk lapisan busa karbon yang merata di permukaannya. Lapisan ini berfungsi untuk mencegah masuknya panas dan oksigen, serta mengurangi asap yang dihasilkan. Selain itu, lapisan ini juga mencegah terbentuknya tetesan cairan saat polimer meleleh. Oleh karena itu, bahan ini memiliki kemampuan penghambat api yang baik. Sistem penghambat kebakaran tipe ekspansif umumnya terdiri dari tiga komponen: sumber asam (dehidrator), sumber karbon (bahan pembentuk karbon), dan sumber gas (sumber nitrogen, sumber pembentuk gelembung udara). Bahan penghambat api tipe ekspansif bekerja dengan cara membentuk lapisan karbon berpori di fase padat untuk menghambat api. Bahan penghambat api berbasis fosfor-nitrogen memiliki keunggulan berupa tidak mengandung halogen, menghasilkan asap yang sedikit, dan toksisitasnya rendah. 3. Bahan penghambat api berbasis fosfor. Fungsi bahan penghambat api berbasis fosfor adalah untuk memicu proses dehidrasi dan karbonisasi pada polimer pada tahap awal pembelahannya. Langkah dehidrasi dan karboksilasi ini harus mengandalkan gugus oksigen yang ada pada polimer itu sendiri, yaitu pada polimer yang memiliki struktur yang mengandung gugus oksigen. Efek penghambatan api mereka akan lebih baik. Untuk polipropilen, karena struktur molekulnya tidak mengandung gugus oksigen, penggunaan bahan penghambat api berbasis fosfor saja tidak memberikan efek penghambatan api yang memadai. Namun, jika bahan tersebut dicampur dengan (OH)3 dan Mg(OH)2, maka akan terjadi efek sinergis yang menghasilkan efek penghambatan api yang baik. Bahan penghambat api berbasis fosfor organik yang sering digunakan antara lain trifenil fosfat, trimetil fenil fosfat, tri(xilenil) fosfat, fosfat ester berbasis propilena benzena, dan fosfat ester berbasis butilena benzena. Ester fosfat memiliki karakteristik berupa fungsi penghambat api sekaligus penguat plastisitas. Zat ini dapat membuat bahan penghambat api menjadi bebas halogen. Fungsi pelunaknya memungkinkan plastik untuk lebih mudah dibentuk selama proses pembuatan, sekaligus dapat mengurangi sisa-sisa yang tertinggal setelah terjadi pembakaran. Gas beracun dan gas korosif yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan bahan penghambat api berbasis halogen. Keuntungan utamanya adalah efisiensinya yang tinggi ； Pengaruhnya terhadap stabilitas terhadap cahaya atau fungsi stabilisator cahaya relatif kecil ； Korosivitasnya rendah selama proses pengolahan dan pembakaran ； Berfungsi untuk mencegah kembalinya penyakit tersebut ； Jumlah bahan penghambat api hampir tidak bertambah, atau sama sekali tidak bertambah. Namun, sebagian besar bahan penghambat api berbasis fosfat juga memiliki beberapa kekurangan. Seperti daya tahan terhadap panas yang rendah, volatilitas yang tinggi, kompatibilitas yang tidak memadai, serta adanya cairan yang menetes saat terjadi pembakaran. Produk utama dari bahan penghambat api anorganik yang mengandung fosfor adalah fosfor merah, garam amonium fosfat, dan polifosfat amonium. Seiring dengan meningkatnya penggunaan bahan penghambat api tanpa halogen, penggunaan bahan penghambat api berbentuk fosfor merah juga meningkat. Efek penghambatan api pada fosfor merah lebih baik dibandingkan efek penghambatan api pada senyawa fosfat ester. Bahan penghambat api anorganik yang mengandung fosfor digunakan secara luas karena memiliki keunggulan seperti stabilitas termal yang baik, tidak mudah menguap, tidak menghasilkan gas korosif, efeknya tahan lama, dan tingkat toksisitasnya rendah. 4. Alumunium hidroksida, Al(OH)3 (disingkat ATH), terurai pada suhu 200–300°C. Energi yang diperlukan untuk proses penguraian ini adalah 1.967,8 J/g. Bahan ini merupakan bahan penghambat api yang memiliki tiga fungsi sekaligus, yaitu menghambat api, mengurangi asap, dan berfungsi sebagai bahan pengisi. Bahan ini memiliki keunggulan berupa tidak beracun, tidak korosif, stabil, tidak mudah menguap, dan tidak menghasilkan gas beracun pada suhu tinggi. Selain itu, harganya murah dan sumbernya mudah didapat. Namun, sebagai bahan penghambat api, zat ini juga memiliki kekurangan berupa volume penuangan yang tinggi, penurunan sifat mekanis, dan penurunan kualitas dalam proses pengolahan. Suhu di mana Al(OH)3 mulai terurai berada pada tahap perubahan polimer dari fase padat menjadi fase cair, sehingga hal ini berperan dalam menghambat kenaikan suhu polimer pada tahap awal. Ketika kandungan Al(OH)3 mencapai 40%, hal tersebut dapat secara signifikan memperlambat laju dekomposisi termal bahan tersebut. Dengan demikian, bahan ini memiliki efek sebagai bahan penghambat api dan juga dapat mengurangi jumlah asap yang dihasilkan. 5. Magnesium hidroksida. Magnesium hidroksida terurai pada suhu 340–490°C. Energi yang diperlukan untuk proses penguraian tersebut adalah 782,9 J/g. Bahan ini memiliki stabilitas termal yang baik, serta efek penghambat api dan pengurang asap yang efektif. Oleh karena itu, bahan ini sangat cocok digunakan untuk memproses bahan polipropilen pada suhu yang tinggi. Mg(OH)2 memiliki efek penghambat api yang baik ketika digunakan dalam PP (dengan konsentrasi lebih dari 50%), dan efektivitasnya lebih baik dibandingkan Al(OH)3. Pada volume pengisian yang sama, perbedaan rasio antara hidroksida aluminium dan hidroksida magnesium tidak memberikan perbedaan yang signifikan dalam efek pencegahan kebakaran. Namun, penggunaan keduanya secara bersama-sama memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan penggunaannya secara terpisah. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa meskipun keduanya melibatkan reaksi dehidrasi, tetapi ada perbedaan dalam suhu dekomposisi dan jumlah panas yang dihasilkan. Magnesium hidroksida memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk mengalami dehidrasi, sekaligus menghasilkan efek karbidasasi. Sedangkan kapasitas penyerapan panas dari magnesium hidroksida relatif lebih kecil, karena efeknya dalam menurunkan suhu bahan tidak sebaik magnesium hidroksida. Dengan digabungkan, keduanya dapat saling melengkapi, sehingga kemampuan pencegahan kebakarannya menjadi lebih baik dibandingkan jika digunakan secara terpisah. Namun, Mg(OH)2 juga memiliki kelemahan seperti daya tahan terhadap asam yang rendah, serta kualitas dispersi dan kompatibilitas yang buruk. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan varian baru yang memiliki kompatibilitas yang lebih baik.