ポリプロピレン（PP）プラスチック用の代表的な難燃剤の紹介

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この投稿は、2016年12月15日16時27分に「砂漠の中の魚」によって最終的に編集されました。PPポリプロピレン用の難燃剤には多くの種類があり、化学的な構成成分によって大きく2つのカテゴリーに分けられます。すなわち、有機系難燃剤と無機系難燃剤です；使用方法によって、反応型と添加型に分けられる。代表的な難燃剤には、臭素系、リン窒素系、リン系、および水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどがある。 1. ブロム系難燃剤 ブロム系難燃剤は20世紀の70〜80年代半ばに急速な発展を遂げた全盛期があった。C-Br結合の結合エネルギーが低いため、ほとんどのブロム系難燃剤は200～300℃で分解する。この温度範囲はちょうどポリプロピレンの分解温度範囲でもあるため、ポリプロピレンが加熱によって分解する際、ブロム系難燃剤も同時に分解を始める。分解を行い、その分解反応で生成されるフリーラジカルを捕捉することで、燃焼の連鎖反応を遅らせたり停止させたりする。同時に放出されるHBr自体は難燃性のガスであり、このガスは密度が高く、材料の表面を覆って表面の可燃性ガスを遮断し、材料の燃焼も抑制する働きをする。この種の難燃剤は、酸化アンチモンなどの他の化合物と併用することもでき、相乗効果によって難燃効果が大幅に向上する。臭素系難燃剤はポリプロピレンの難燃処理において重要な役割を果たしており、現在主に使用されている製品には、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモジペンタエリスリトール、ブロム化ポリスチレン、ペンタブロモトルエン、ヘキサブロモシクロドウデカンなどがある。ブロム系難燃剤の主な欠点は、難燃処理された基材の紫外線耐性を低下させ、燃焼時に多量の煙や腐食性ガス、有毒ガスが発生するため、その利用がある程度制限されていることである。 2.リン・窒素系難燃剤 リン・窒素系難燃剤は膨張型難燃剤とも呼ばれ、この種の難燃剤を含むポリマーは加熱されると表面に均一な炭質の泡層を形成し、断熱・遮酸素・消煙の効果を発揮するとともに溶滴の発生を防ぐため、優れた難燃性を有している。膨張型難燃システムは一般的に3つの成分で構成されている：酸源（脱水剤）、炭素源（炭化剤）、およびガス源（窒素源、発泡源）。膨張型難燃剤は、主に多孔質な泡状炭素層を形成することによって凝集相で難燃効果を発揮する。リン窒素系難燃剤は、無ハロゲン、低煙、低毒性という利点があります。 3.リン系難燃剤 リン系難燃剤の難燃作用は、ポリマーが初期に分解する際の脱水を促進し、炭化させることにある。この脱水炭化工程は、酸素官能基を持つ高分子自体に依存しなければならず、本来の構造に酸素官能基を有する高分子に限られる。それらの難燃効果は良くなります。ポリプロピレンの場合、その分子構造に酸素含有基がないため、リン系難燃剤を単独で使用すると難燃効果は低い。しかし、(OH)3やMg(OH)2などと複合化することで相乗効果が生じ、良好な難燃効果が得られる。 一般的に使用される有機リン系難燃剤には、トリフェニルホスフェート、トリメチルトルエンホスフェート、トリ（ジメチルベンゼン）ホスフェート、プロピレンブテン系ホスフェート、ブタジエン系ホスフェートなどがある。リン酸エステル類の特徴は、難燃性と可塑化という二重の機能を持つことです。これにより難燃剤の無ハロゲン化が実現し、可塑化機能によってプラスチックの成形時の流動性が向上し、燃焼後の残留物も抑制できる。発生する有毒ガスや腐食性ガスは、ハロゲン系難燃剤よりも少ない。その主な利点は、効率が高いことです；光安定性や光安定剤の効果に与える影響は小さい；加工および燃焼時の腐食性が低い；再燃を妨げる作用がある；難燃材の量はほとんど、または全く増加しない。しかし、ほとんどのリン酸エステル系難燃剤にもいくつかの欠点がある。耐熱性が低い、揮発性が高い、互換性が理想的でない、さらに燃焼時に滴下物が発生するなどです。 リン含有無機難燃剤の主な製品には、赤リン難燃剤、アンモニウムリン酸塩、ポリアンモニウムリン酸などがある。無ハロゲン難燃剤の使用量が増加するにつれて、赤リン難燃剤の使用量も増えている。赤リンの難燃効果は、リン酸エステル系の難燃効果よりも優れている。リン含有無機難燃剤は、熱安定性が高く、揮発せず、腐食性ガスを発生させない、効果が持続し、毒性が低いといった利点から、広く利用されている。 4.水酸化アルミニウムAl(OH)3（略称ATH）は200～300℃の間で分解し、吸熱量は1?967.8?J/gであり、難燃性、消煙性、充填性という3つの機能を兼ね備えた難燃剤である。無毒で腐食性がなく、安定性に優れ、揮発せず、高温でも有害なガスを発生させないという利点があり、さらに価格も安く、入手しやすい。しかし、難燃剤としては、充填量が多くなり、機械的性質が低下し、加工性も悪化するという欠点がある。Al(OH)3が分解し始める温度は、ポリマーが凝相から液相に変化する過程にあたるため、ポリマー材料の早期の温度上昇を抑制する効果がある。Al(OH)3の添加質量分率が40％の場合、材料の熱分解速度を顕著に遅らせ、難燃性および発煙量低減の効果がある。 5.水酸化マグネシウム　水酸化マグネシウムは340～490℃の間で分解し、吸熱量は782.9？J/gである。熱安定性に優れ、優れた難燃性および消煙効果を持ち、特に加工温度が高いポリプロピレン材料に適している。Mg(OH)2をPPに使用した場合（添加量が50％以上）、Al(OH)3よりも優れた難燃効果を示す。同じ充填量の下では、異なる水酸化アルミニウムと水酸化マグネシウムの配合による難燃効果に大きな違いは見られないが、両者を併用する方が単独で使用するよりも効果的である。これは、どちらも脱水反応であるものの、分解温度や吸熱量に差があるためである。水酸化マグネシウムは、より高い温度でなければ脱水せず、同時に炭化作用も起こる。一方、水酸化マグネシウムの吸熱量は比較的小さく、材料の温度上昇を抑える効果は水酸化アルミニウムほどではない。両者を併用することで互いに補完し合い、単独で使用する場合よりも難燃性が向上する。しかし、Mg(OH)2にも酸に対する耐性が低い、分散性や相溶性が悪いといった欠点があり、相溶性の良い新しい品種の開発が求められている。