Pengenalan beberapa bahan penghalang api yang sering digunakan untuk plastik polipropilena (PP)

Thread Content

Pos ini terakhir kali disunting oleh DesertFish pada 15-12-2016 jam 16:27. Terdapat pelbagai jenis agen penghalang api yang boleh digunakan untuk polipropilena (PP); berdasarkan komposisi kimia, ia boleh dikelompokkan kepada dua kategori utama: agen penghalang api organik dan agen penghalang api tidak organik； Berdasarkan cara penggunaannya, ia dibahagikan kepada jenis reaktif dan jenis tambahan. Bahan penghambat api yang sering digunakan termasuklah bahan berbasis bromin, bahan berbasis fosforus dan nitrogen, bahan berbasis fosforus sahaja, serta aluminium hidroksida dan magnesium hidroksida. Bahan penghambat api berasaskan bromin mengalami zaman kegemilangan yang pesat pada pertengahan tahun 1970-an hingga 1980-an. Ini disebabkan oleh tenaga ikatan C-Br yang rendah; kebanyakan bahan penghambat api berasaskan bromin akan terurai pada suhu 200–300°C. Suhu ini juga merupakan julat suhu di mana polipropilena terurai. Oleh itu, apabila polipropilena terurai akibat pemanasan, bahan penghambat api berasaskan bromin juga turut terurai. Ia dapat memecahkan bahan tersebut, dan menangkap radikal bebas yang dihasilkan daripada tindak balas penguraian tersebut. Dengan cara ini, reaksi berantai pembakaran dapat dilambatkan atau dihentikan. HBr yang dilepaskan pada masa yang sama merupakan gas yang sukar terbakar. Gas ini mempunyai ketumpatan yang tinggi, dan ia boleh menutupi permukaan bahan tersebut. Dengan cara ini, ia dapat menghalang gas-gas mudah terbakar daripada mencapai permukaan bahan tersebut, sekaligus mengurangkan risiko kebakaran. Bahan penghalang api jenis ini juga boleh digabungkan dengan beberapa sebatian lain (seperti antimon trioksida). Melalui kesan sinergi ini, keberkesanan penghalang api dapat ditingkatkan dengan ketara. Bahan penghambat api berasaskan bromin memainkan peranan penting dalam aplikasi penghambatan api pada polipropilena. Produk utama yang digunakan pada masa kini termasuk dekabromodifenil eter, tetrabromobisfenol A, tetrabromodietilenglikol, polistirena yang telah dirawat dengan bromin, pentabromotoluen, dan heksabromocyclododekan. Kekurangan utama bahan penghalang api berbasa bromin ialah ia mengurangkan ketahanan bahan yang dilindungi terhadap sinar ultraviolet. Selain itu, semasa proses pembakaran, ia menghasilkan asap yang banyak, gas beracun, dan gas korosif, sekaligus membataskan penggunaannya. 2. Bahan penghalang api berasaskan fosforus-nitrogen. Bahan penghalang api jenis ini juga dikenali sebagai bahan penghalang api jenis “ekspansif”. Polimer yang mengandungi bahan penghalang api ini akan membentuk lapisan buih karbon yang seragam pada permukaannya apabila terdedah kepada haba. Lapisan ini berfungsi untuk menghalang haba, oksigen, dan asap, serta mencegah berlakunya fenomena titisan cairan. Oleh itu, bahan ini mempunyai prestasi penghalang api yang sangat baik. Sistem penahan api jenis pengembangan biasanya terdiri daripada tiga komponen: sumber asid (bahan penghilang air), sumber karbon (bahan pembentuk karbon), dan sumber gas (sumber nitrogen, bahan pembentuk gelembung). Bahan penghalang api jenis ekspansif berfungsi dengan membentuk lapisan karbon berpori dalam fasa pepejal, sekaligus menghalang berlakunya kebakaran. Bahan penghalang api berasaskan fosforus dan nitrogen mempunyai kelebihan seperti tiada halogen, asap yang sedikit, dan toksisiti yang rendah. 3. Bahan penghalang api berasaskan fosforus. Bahan penghalang api jenis ini berfungsi dengan memudahkan proses dehidrasi dan karbonisasi yang berlaku semasa polimer terurai pada peringkat awal. Langkah dehidrasi dan karbonisasi ini perlu bergantung pada kumpulan oksigen yang terdapat dalam polimer itu sendiri, iaitu bagi polimer yang mempunyai kumpulan oksigen dalam strukturnya. Kesan penahan api mereka akan lebih baik. Bagi polipropilena pula, disebabkan struktur molekulnya yang tidak mengandungi kumpulan oksigen, penggunaan bahan penghambat api berbahan fosforus sahaja tidak memberikan kesan penghambatan api yang memuaskan. Namun, jika ia digabungkan dengan bahan seperti (OH)3 dan Mg(OH)2, kesan sinergi dapat terjadi, sekaligus memberikan kesan penghambatan api yang lebih baik. Bahan penghambat api berasaskan fosforus organik yang sering digunakan termasuklah triphenyl phosphate, trimethylphenyl phosphate, tris(dimethylbenzene) phosphate, fosfat ester jenis propylbenzene, dan fosfat ester jenis butylbenzene. Fosfat ester mempunyai ciri-ciri yang membolehkannya berfungsi sebagai bahan pencegah kebakaran dan bahan pelunak pada masa yang sama. Ia membolehkan penggunaan bahan penghalang api yang bebas halogen. Fungsi pelastiknya pula membantu meningkatkan kemudahan proses pembentukan plastik, serta mengurangkan sisa-sisa yang tertinggal selepas kebakaran. Gas toksik dan gas korosif yang dihasilkan adalah lebih sedikit berbanding dengan bahan penghalang api berasaskan halogen. Kelebihan utamanya ialah kecekapan yang tinggi ； Kesan terhadap stabiliti cahaya atau fungsi bahan penstabil cahaya adalah minimum ； Korosiviti yang rendah semasa pemprosesan dan pembakaran ； Ia berfungsi untuk menghalang kebangkitan semula ； Jisim bahan penahan api hampir tidak bertambah atau langsung tidak bertambah. Namun, kebanyakan bahan penghalang api jenis fosfat juga mempunyai beberapa kelemahan. Seperti ketahanan terhadap haba yang rendah, sifat mudah menguap yang tinggi, keserasian yang tidak memuaskan, serta pengeluaran cecair semasa proses pembakaran. Produk utama bahan penghalang api anorganik yang mengandungi fosforus ialah penghalang api berbentuk fosforus merah, garam amonium fosfat, dan polifosfat amonium. Seiring dengan peningkatan penggunaan bahan penghalang api tanpa halogen, penggunaan bahan penghalang api berbentuk fosforus merah juga meningkat. Kesan penahan api bagi fosforus merah adalah lebih baik berbanding dengan kesan penahan api bahan jenis fosfat ester. Bahan penghalang api anorganik yang mengandungi fosforus digunakan secara meluas kerana sifat-sifatnya yang baik seperti kestabilan terhadap haba, tidak mudah menguap, tidak menghasilkan gas beracun, kesan penghalangannya yang tahan lama, serta tahap toksisitinya yang rendah. 4. Hidroksida aluminium, Al(OH)3 (dikenali sebagai ATH), akan terurai pada suhu antara 200–300°C. Proses penguraian ini memerlukan tenaga sebanyak 1,967.8 J/g. Ia merupakan bahan pencegah kebakaran yang memiliki tiga fungsi utama, iaitu mencegah kebakaran, mengurangkan asap, dan berfungsi sebagai bahan pengisi. Ia mempunyai kelebihan seperti tidak toksik, tidak merosakkan bahan lain, mempunyai stabiliti yang tinggi, tidak mudah menguap, dan tidak menghasilkan gas beracun pada suhu tinggi. Selain itu, harganya murah dan sumbernya mudah didapati. Namun, sebagai bahan penghalang api, ia juga mempunyai kelemahan seperti kandungan pengisi yang tinggi, penurunan sifat mekanikal, dan penurunan kualiti semasa proses pemprosesan. Suhu di mana Al(OH)3 mula terurai adalah pada masa di mana polimer beralih daripada keadaan pepejal kepada keadaan cecair. Oleh itu, ia berfungsi untuk menghalang kenaikan suhu bahan polimer pada peringkat awal. Apabila kandungan Al(OH)3 adalah 40%, ia dapat memperlahankan kadar penguraian termal bahan tersebut dengan ketara. Ini seterusnya memberikan kesan pencegahan kebakaran serta mengurangkan jumlah asap yang dihasilkan. 5. Magnesium hidroksida: Magnesium hidroksida terurai pada suhu antara 340–490°C. Jumlah tenaga yang diperlukan untuk proses penguraian ini ialah 782.9 J/g. Ia mempunyai stabiliti termal yang baik, serta kemampuan yang hebat dalam mencegah kebakaran dan mengurangkan asap. Oleh itu, ia sangat sesuai digunakan dalam pemprosesan bahan polipropilena yang memerlukan suhu tinggi semasa pemprosesannya. Mg(OH)2 mempunyai kesan pencegahan kebakaran yang baik apabila digunakan dalam PP (dengan kandungan melebihi 50%), dan prestasinya lebih baik berbanding Al(OH)3. Pada jumlah pengisian yang sama, perbezaan dalam keberkesanan bahan penahan api antara aluminium hidroksida dan magnesium hidroksida tidak begitu ketara. Namun, penggunaan kedua-duanya bersama-sama memberikan hasil yang lebih baik berbanding penggunaan salah satunya sahaja. Ini kerana walaupun kedua-duanya melibatkan tindak balas dehidrasi, terdapat perbezaan dari segi suhu pemecahan dan jumlah haba yang diserap. Mg(OH)₂ perlu dipanaskan pada suhu yang lebih tinggi agar dapat kehilangan air, dan pada masa yang sama berlaku proses karbonisasi. Sementara itu, keupayaan magnesium hidroksida untuk menyerap haba adalah agak rendah, kerana kesannya dalam mengurangkan kenaikan suhu bahan tersebut tidak sebaik aluminium hidroksida. Dengan menggunakan kedua-duanya bersama-sama, kesan saling melengkapi dapat dicapai, dan prestasi pencegahan kebakaran akan menjadi lebih baik berbanding penggunaan salah satunya sahaja. Namun, Mg(OH)2 juga mempunyai kelemahan seperti daya tahan terhadap asid yang rendah, serta masalah dari segi keupayaan penyebaran dan keserasian. Oleh itu, perlu dibangunkan varian baru yang memiliki keserasian yang lebih baik.