Ознакомление с несколькими распространенными антипиренами для пластика полипропилена (PP)

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем Desert Fish 15.12.2016 в 16:27. Существует множество видов антипиренов, которые можно использовать для полипропилена. По химическому составу их можно разделить на две основные группы: органические антипирены и неорганические антипирены； В зависимости от способа применения они делятся на реактивные и добавочные. К представительным антипиренам относятся бромсодержащие, фосфор-азотсодержащие, фосфорсодержащие вещества, а также гидроксид алюминия, гидроксид магния и т. д. 1. Бромсодержащие антипирены. Бромсодержащие антипирены пережили свой золотой век в середине 70–80-х годов XX века. Из-за низкой энергии связи C–Br большинство таких антипиренов разлагается при температуре 200–300°C. Этот диапазон температур совпадает с диапазоном, при котором разлагается полипропилен. Поэтому при нагревании полипропилена и начинается разложение бромсодержащих антипиренов. Происходит разложение, и удается захватывать свободные радикалы, образующиеся в процессе его разложения, тем самым замедляя или прерывая цепную реакцию горения. Выделяемый одновременно HBr сам по себе является газом, трудно воспламеняющимся. Этот газ имеет высокую плотность, что позволяет ему покрывать поверхность материала и тем самым препятствовать проникновению горючих газов на эту поверхность, а также сдерживать процесс горения материала. Такие антипирены также могут использоваться в комбинации с другими соединениями (например, диоксидом антимона), что благодаря синергетическому эффекту значительно повышает эффективность противопожарных свойств. Бромсодержащие антипирены играют важную роль в применении для обеспечения пожарной стойкости полипропилена. Среди основных продуктов, используемых в этой цели, можно выделить децибромдифенилэфир, тетрабромбисфенол А, тетрабромдипентитол, бромированный полистирол, пентабромтолен и гексабромциклододекан. Основным недостатком бромсодержащих антипиренов является снижение устойчивости материалов, подвергаемых их действию, к ультрафиолету. Кроме того, при горении они образуют большое количество дыма, коррозионных и токсичных газов, что ограничивает их применение. 2. Фосфорно-азотные антипирены. Фосфорно-азотные антипирены также называются расширяющимися антипиренами. Полимеры, содержащие такие антипирены, при нагревании на своей поверхности образуют однородный слой углеродной пены, который способствует изоляции от тепла и кислорода, снижает образование дыма, а также предотвращает появление капель расплавленного вещества. Благодаря этому они обладают высокими антипиренными свойствами. Расширяющиеся антипиренные системы обычно состоят из трех компонентов: источника кислоты (дегидратанта), источника углерода (агента, образующего углерод) и источника газа (источника азота, агента для пенения). Расширяющиеся антипирены оказывают антипиротическое действие в твердой фазе, в основном за счет образования пористого пенопластного углеродного слоя. Фосфорно-азотные антипирены обладают преимуществами в виде отсутствия галогенов, низкого уровня дыма и низкой токсичности. 3. Фосфорные антипирены. Фосфорные антипирены обеспечивают антипиротический эффект путем стимулирования дегидратации и карбонизации полимеров на ранних этапах их разложения. Этот этап дегидратации и карбонизации должен осуществляться с использованием оксигрупп, присутствующих в самом полимере, то есть у тех полимеров, чья структура уже содержит оксигруппы. У них лучшая огнестойкость. Что касается полипропилена, то из-за отсутствия в его молекулярной структуре групп, содержащих кислород, использование одних только фосфорсодержащих антипиренов не дает хорошего эффекта. Однако при смешивании их с такими веществами, как (OH)3 и Mg(OH)2, возникает синергетический эффект, что позволяет достичь хорошего уровня антипиренного действия. Распространенными органическими фосфорсодержащими антипиренами являются трифенилфосфат, триметилфосфат, три(диметилфенил)фосфат, фосфаты на основе циклопентана и бутадиена и другие. Фосфаты отличаются двойной функцией: они обеспечивают пожаростойкость и одновременно служат пластификаторами. Он позволяет сделать антипирены безгалогеновыми, его пластифицирующее действие улучшает способность пластика к формовке в процессе литья, а также снижает количество остатков после горения. Образуется меньше токсичных и коррозионных газов по сравнению с галогенными антипиренами. Его главное преимущество — высокая эффективность ； Небольшое влияние на светостабильность или действие стабилизаторов света ； Низкая коррозионная активность при обработке и сгорании ； Способствует предотвращению вновь возникновения ； Качество антипиренных материалов практически не увеличивается или увеличивается незначительно. Но у большинства фосфатных антипиренов также имеются некоторые недостатки. Например, плохая термостойкость, высокая летучесть, неидеальная совместимость, а также образование капель во время горения и т. д. Основными продуктами неорганических фосфорсодержащих антипиренов являются красный фосфор, аммонийфосфаты, полиаммонийфосфат и т. д. По мере увеличения использования материалов с негалогенными антипиренными добавками, растет и количество антипиренных добавок на основе красного фосфора. Эффективность противопожарного действия красного фосфора лучше, чем у фосфатэстеров. Неорганические фосфорсодержащие антипирены находят широкое применение благодаря таким преимуществам, как высокая термостабильность, отсутствие испарения, отсутствие выделения коррозионных газов, длительный эффект и низкая токсичность. 4. Гидроксид алюминия Al(OH)3 (сокращенно ATH) разлагается при температуре от 200 до 300°C; энергия, затрачиваемая на этот процесс, составляет 1,967,8 Дж/г. Это вещество является антипиреном, обладающим тремя функциями: подавления горения, снижения образования дыма и использования в качестве наполнителя. У него есть преимущества: он нетоксичен, не коррозионен, обладает хорошей стабильностью, не испаряется и при высоких температурах не выделяет токсичных газов. К тому же он имеет низкую цену и широко доступен. Однако в качестве антипирена у него также есть недостатки: высокая плотность наполнителя, снижение механических свойств и ухудшение обрабатываемости. Температура начала разложения Al(OH)3 совпадает с моментом перехода полимера из твердого состояния в жидкое, поэтому она способствует сдерживанию роста температуры у полимерных материалов на ранних этапах. При добавлении Al(OH)3 в количестве 40% от массы материала можно значительно замедлить скорость его термического разложения; это способствует уменьшению пожароопасности и объема выделяющегося дыма. 5. Гидроксид магния. Гидроксид магния разлагается при температуре от 340 до 490°C; энергия, затрачиваемая на этот процесс, составляет 782,9 Дж/г. Он обладает высокой термостабильностью, а также хорошими свойствами противодымного и огнестойкого воздействия. Поэтому он особенно подходит для обработки полипропиленовых материалов, которые требуют высоких температур обработки. Mg(OH)2 при использовании в PP (в количестве более 50%) обеспечивает хороший эффект противодымного действия, превосходя Al(OH)3. При одинаковом количестве наполнителя различные пропорции гидроксида алюминия и гидроксида магния не дают значительной разницы в эффективности подавления пламени. Однако совместное использование обоих веществ дает лучший результат, чем использование каждого из них по отдельности, поскольку, хотя и речь идет о процессах дегидратации, у этих веществ различаются температуры разложения и количество поглощаемой теплоты. Гидроксид магния требует более высокой температуры для дегидратации, при этом происходит также карбонизация. При этом поглощаемая магния гидроксидом энергия невелика, поскольку его способность снижать температуру материала хуже, чем у алюминия гидроксида. Совместное использование обоих веществ позволяет компенсировать их недостатки, что повышает их огнестойкие свойства по сравнению с использованием каждого из них отдельно. Однако у Mg(OH)2 также есть недостатки, такие как плохая стойкость к кислотам, а также плохая дисперсность и совместимость; поэтому необходимо разработать новые виды с лучшей совместимостью.