การแนะนำสารกันไฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับพลาสติกโพลีโพรพิลีน (PP)

Thread Content

โพสต์นี้ถูกแก้ไขครั้งสุดท้ายโดย “ปลาในทะเลทราย” เมื่อวันที่ 15 ธันวาคม 2016 เวลา 16:27 มีสารที่ใช้เป็นสารกันไฟสำหรับพลาสติกโพลีโพรพิลีนอยู่มากมาย ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามองค์ประกอบทางเคมี ได้แก่ สารกันไฟชนิดอินทรีย์ และสารกันไฟชนิดอนินทรีย์； ตามวิธีการใช้งาน แบ่งออกเป็นแบบที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยา และแบบที่ใช้เพื่อเติมเข้าไป สารกันไฟที่มีความสำคัญ ได้แก่ สารประเภทโบรมีน สารประเภทฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน สารประเภทฟอสฟอรัส รวมถึงอลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ และแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ เป็นต สารกันไฟชนิดโบรมีน สารกันไฟชนิดโบรมีนมีช่วงเวลาแห่งการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงกลางทศวรรษ 1970 ถึง 1980 เนื่องจากพลังงานของพันธะ C-Br มีค่าต่ำ ทำให้สารกันไฟชนิดโบรมีนส่วนใหญ่สลายตัวที่อุณหภูมิ 200–300 องศาเซลเซียส ซึ่งก็เป็นช่วงอุณหภูมิเดียวกับที่โพลีโพรพิลีนสลายตัวเช่นกัน ดังนั้น เมื่อโพลีโพรพิลีนถูกความร้อนทำให้สลายตัว สารกันไฟชนิดโบรมีนก็จะเริ่มทำงานด้วยเช่นกัน ทำการแยกส่วนประกอบต่างๆ และสามารถจับกุมอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการย่อยสลายได้ ซึ่งจะช่วยชะลอหรือหยุดยั้งปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเผาไหม้ได้ นอกจากนี้ HBr ที่ถูกปล่อยออกมาด้วยยังเป็นก๊าซที่ไม่ติดไฟ ก๊าซชนิดนี้มีความหนาแน่นสูง จึงสามารถปกคลุมพื้นผิวของวัสดุได้ ซึ่งจะช่วยป้องกันไม่ให้ก๊าซที่ติดไฟเข้าไปสัมผัสกับพื้นผิววัสดุ และยังช่วยยับยั้งการลุกไหม้ของวัสดุได้อีกด้วย สารกันไฟประเภทนี้ยังสามารถนำมาใช้ร่วมกับสารประกอบอื่นๆ เช่น แอนติโมนีออกไซด์ได้อีกด้วย ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกันไฟได้อย่างมีนัยสำคัญผ่านผลกระทบร่วมกันของสารเหล่านี้ สารกันไฟชนิดโบรมีนมีบทบาทสำคัญในการใช้งานเพื่อป้องกันการลุกไหม้ของโพลีโพรพิลีน โดยผลิตภัณฑ์หลักในปัจจุบันได้แก่ ไดบรอโมไดไฟโทรเอทิล, ทีตราไบโบรโมฟีนอลเอ, ไทตราไบโบรโมไพริทอล, โพลีสไตรีนที่มีโบรมีนเป็นส่วนประกอบ, ไพรม์ไบโบรโมทอลูอีน และไฮดรอกซีไบโบรโมซิ클อเดคาน์ เป็นต้น ข้อเสียหลักของสารยับยั้งการลุกไหม้ชนิดโบรมีนก็คือ ทำให้ความสามารถในการต้านทานรังสีอัลตราไวโอเลตของวัสดุที่ถูกยับยั้งการลุกไหม้ลดลง นอกจากนี้ เมื่อเกิดการลุกไหม้ จะก่อให้เกิดควัน ก๊าซที่กัดกร่อน และก๊าซพิษในปริมาณมาก ซึ่งเป็นสาเหตุให้การนำสารนี้ไปใช้มีข้อจำกัด 2. สารกันไฟประเภทฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน สารกันไฟประเภทนี้ยังเรียกอีกชื่อว่าสารกันไฟแบบขยายตัว เมื่อพอลิเมอร์ที่มีสารกันไฟชนิดนี้อยู่ถูกความร้อน จะเกิดชั้นฟองคาร์บอนที่สม่ำเสมอขึ้นที่ผิวหน้า ซึ่งช่วยในการป้องกันความร้อน ป้องกันออกซิเจน และลดการเกิดควัน นอกจากนี้ยังช่วยป้องกันไม่ให้เกิดหยดของวัสดุที่หลอมละลายได้อีกด้วย ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติในการกันไฟที่ดีมาก ระบบยับยั้งการลุกไหม้แบบขยายตัว โดยทั่วไปจะประกอบด้วยส่วนประกอบ 3 ส่วน ได้แก่ แหล่งกรด (สารที่ช่วยขจัดน้ำออก) แหล่งคาร์บอน (สารที่ช่วยสร้างคาร์บอน) และแหล่งก๊าซ (แหล่งไนโตรเจน และสารที่ช่วยให้เกิดฟองอากาศ) สารยับยั้งการลุกไหม้แบบขยายตัว จะทำหน้าที่ยับยั้งการลุกไหม้ในสถานะของแข็ง โดยการสร้างชั้นคาร์บอนแบบฟองอากาศที่มีรูพรุน สารกันไฟประเภทฟอสฟอรัส-ไนโตรเจนมีข้อดีคือไม่มีฮาลอเจน มีควันน้อย และมีความเป็นพิษต่ำ 3. สารกันไฟประเภทฟอสฟอรัส สารกันไฟประเภทฟอสฟอรัสมีหน้าที่ช่วยยับยั้งการลุกไหม้ โดยจะกระตุ้นให้เกิดการสูญเสียน้ำและการเปลี่ยนเป็นคาร์บอนในช่วงแรกของการสลายตัวของโพลิเมอร์ ขั้นตอนการกำจัดน้ำและการทำให้เกิดคาร์บอนนี้ จำเป็นต้องอาศัยกลุ่มออกซิเจนที่มีอยู่ในโครงสร้างของโพลิเมอร์เอง สำหรับโพลิเมอร์ที่มีโครงสร้างที่มีกลุ่มออกซิเจนอยู่แล้วนั่นเอง ประสิทธิภาพในการดับไฟของมันจะดีขึ้น สำหรับโพลิเมอร์ประเภทโพลีโพรพิลีนแล้ว เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลของมันไม่มีกลุ่มที่มีออกซิเจนอยู่ ดังนั้นการใช้สารกันไฟชนิดฟอสเฟตเพียงอย่างเดียวจึงให้ผลในการกันไฟที่ไม่ดีนัก แต่หากนำมาผสมกับสารอย่าง (OH)3 และ Mg(OH)2 ก็จะเกิดผลร่วมกัน ทำให้ได้ประสิทธิภาพในการกันไฟที่ดีขึ้น สารกันไฟชนิดฟอสเฟตอินทรีย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ ไตรไดอะซีนฟอสเฟต ไตรไตลีนฟอสเฟต ไตร(ไดไอโซไลน์)ฟอสเฟต ฟอสเฟตประเภทไพรีน และฟอสเฟตประเภทบิวทิลีน เป็นต้น ลักษณะเด่นของสารฟอสเฟตคือมีหน้าที่ทั้งในการยับยั้งการลุกไหม้และการเพิ่มความยืดหยุ่นให้กับวัสดุ มันช่วยให้สารกันไฟสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ฮาลอเจน นอกจากนี้ คุณสมบัติในการทำให้พลาสติกมีความยืดหยุ่นยังช่วยให้พลาสติกสามารถหล่อขึ้นรูปได้ง่ายขึ้น และยังช่วยลดปริมาณเศษซากที่เหลือหลังจากการเกิดเพลิงไหม้อีกด้วย ก๊าซพิษและก๊าซที่กัดกร่อนที่เกิดขึ้นมีปริมาณน้อยกว่าสารยับยั้งการลุกไหม้ชนิดฮาลอเจน ข้อดีหลักคือมีประสิทธิภาพสูง ； มีผลต่อความเสถียรต่อแสงหรือประสิทธิภาพของสารป้องกันแสงน้อยมาก ； มีความกัดกร่อนต่ำในระหว่างการแปรรูปและการเผาไหม้ ； มีผลช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการลุกไหม้อีก ； ปริมาณของวัสดุกันไฟแทบไม่เพิ่มขึ้นหรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเท่านั้น แต่สารกันไฟประเภทฟอสเฟตส่วนใหญ่ก็มีข้อเสียบางประการเช่นกัน เช่น ความทนต่อความร้อนที่ต่ำ มีคุณสมบัติระเหยได้ง่าย ความสามารถในการผสมกับสารอื่นไม่ดี และยังมีสารหยดตกออกมาขณะเผาไหม้อีกด้วย ผลิตภัณฑ์ที่ใช้เป็นสารกันไฟที่มีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบหลัก ได้แก่ สารกันไฟที่มีฟอสฟอรัสแดง อะมโมเนียมฟอสเฟต และโพลีอะมโมเนียมฟอสเฟต เป็นต้น เมื่อปริมาณวัสดุที่ใช้เป็นสารกันไฟแบบไม่มีฮาลอเจนเพิ่มขึ้น ปริมาณสารกันไฟที่เป็นฟอสฟอรัสสีแดงก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ประสิทธิภาพในการยับยั้งการลุกไหม้ของฟอสฟอรัสแดงนั้นดีกว่าประสิทธิภาพของสารประเภทฟอสเฟตอีกด้วย สารยับยั้งการลุกไหม้ที่ไม่ใช่อินทรีย์ซึ่งมีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบนั้น ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ดี เช่น มีความเสถียรทางความร้อนสูง ไม่ระเหย ไม่ก่อให้เกิดก๊าซที่กัดกร่อน มีประสิทธิภาพที่ยาวนาน และมีความเป็นพิษต่ำ 4. อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ Al(OH)3 (เรียกสั้นๆ ว่า ATH) จะแตกตัวที่อุณหภูมิระหว่าง 200–300 องศาเซลเซียส โดยมีปริมาณพลังงานที่ดูดซับไว้อยู่ที่ 1,967.8 จูล/กรัม อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงเป็นสารที่มีคุณสมบัติในการป้องกันการลุกไหม้ ลดควัน และใช้เป็นสารเติมเต็มได้ในขั้นตอนเดียวกัน มีข้อดีคือไม่มีพิษ ไม่กัดกร่อน มีความเสถียรสูง ไม่ระเหย และไม่ปล่อยก๊าซพิษในอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ยังมีราคาถูก และหาได้ง่ายอีกด้วย แต่ในฐานะสารกันไฟ มันก็มีข้อเสียคือมีปริมาณวัสดุที่ใช้เติมมาก ทำให้คุณสมบัติทางกลลดลง และความสามารถในการแปรรูปก็แย่ลงด้วย อุณหภูมิที่ Al(OH)3 เริ่มแตกตัวนั้น ตรงกับช่วงที่โพลิเมอร์เปลี่ยนจากสถานะของแข็งมาเป็นสถานะของเหลว ดังนั้นจึงช่วยลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในช่วงแรกๆ ของวัสดุโพลิเมอร์ได้ เมื่อเติม Al(OH)3 ในปริมาณ 40% จะช่วยชะลออัตราการสลายตัวทางความร้อนของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ อีกทั้งยังช่วยลดความสามารถในการลุกไหม้และปริมาณควันที่เกิดขึ้นอีกด้วย 5. โมลิบดีนัมไฮดรอกไซด์ โมลิบดีนัมไฮดรอกไซด์จะสลายตัวที่อุณหภูมิระหว่าง 340–490 องศาเซลเซียส โดยมีปริมาณพลังงานที่ดูดซับไว้ที่ 782.9 จูล/กรัม มีความเสถียรทางความร้อนสูง มีคุณสมบัติในการดับไฟและลดควันได้ดี จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้กับวัสดุโพลีโพรพิลีนที่ต้องการการประมวลผลที่อุณหภูมิสูง เมื่อนำ Mg(OH)2 มาใช้ร่วมกับ PP (ในปริมาณที่มากกว่า 50%) จะมีประสิทธิภาพในการยับยั้งการลุกไหม้ที่ดี ซึ่งดีกว่า Al(OH)3 ภายใต้ปริมาณสารเติมที่เท่ากัน อัตราส่วนของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์กับแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ที่แตกต่างกันนั้น ไม่ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการยับยั้งการลุกไหม้แตกต่างกันมากนัก แต่การใช้ทั้งสองชนิดร่วมกันจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าการใช้เพียงชนิดเดียว เพราะแม้ว่าทั้งสองจะเกิดปฏิกิริยาการสูญเสียน้ำเหมือนกัน แต่อุณหภูมิในการสลายตัวและปริมาณความร้อนที่ดูดซับนั้นจะแตกต่างกัน แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์จำเป็นต้องอยู่ในอุณหภูมิที่สูงขึ้นจึงจะสามารถขับน้ำออกได้ และในขณะเดียวกันก็จะเกิดกระบวนการคาร์บอเนชันด้วย ในขณะที่ปริมาณความร้อนที่แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ดูดซับได้นั้นค่อนข้างน้อย เนื่องจากความสามารถในการลดอุณหภูมิของวัสดุนั้นไม่ดีเท่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ แต่เมื่อนำทั้งสองมาใช้ร่วมกัน ก็จะสามารถช่วยเสริมกันได้ ทำให้คุณสมบัติในการป้องกันการลุกไหม้ดีขึ้นกว่าการใช้เพียงอย่างใดอย่างหนึ่งเพียงอย่างเดียว แต่ Mg(OH)2 ก็มีข้อเสีย เช่น ความทนต่อกรดได้ไม่ดี รวมถึงปัญหาด้านการแยกตัวของสารและความสามารถในการผสมกับสารอื่นๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาสารชนิดใหม่ที่มีความสามารถในการผสมกับสารอื่นๆ ได้ดีขึ้น