Применение полимерных антипиренов и новых технологий

Применение полимерных антипиренов и новых технологий

С развитием общества промышленность химических синтетических материалов и изделий нашла широкое применение в различных областях. Однако большинство химических материалов легковоспламеняемы и горючи, при горении выделяют густой дым и токсичные газы, что представляет огромную угрозу окружающей среде и безопасности жизни людей.

Поэтому спрос на огнестойкие материалы породил и стимулировал быстрое развитие огнезащитной промышленности. С 1980-х годов антипирены стали крупнейшим вспомогательным материалом, используемым в синтетических материалах, уступая только пластификаторам.

В зависимости от различных основных огнестойких химических элементов в антипиренах их можно условно разделить на три основные категории: органический галоген, органический фосфор и неорганический. В настоящее время использование безгалогенных антипиренов в развитых странах значительно превысило использование галогенированных антипиренов, в то время как развивающиеся страны по-прежнему являются крупнейшим потребителем галогенированных антипиренов.

С ростом требований экологического законодательства и постепенным улучшением здоровья человека и экологической осведомленности эффективные, экологически чистые, малотоксичные и многофункциональные антипирены неизбежно станут будущей тенденцией развития отрасли.

Я. Применение галогенированных антипиренов

Галогенированные антипирены включают бромированные антипирены и хлорированные антипирены. По объему производства бромированные антипирены в настоящее время остаются крупнейшей разновидностью антипиренов в мировой индустрии антипиренов.

Бромированные антипирены, которые в настоящее время широко используются, в основном включают следующие категории:

Маломолекулярные реактивные антипирены: к ним в основном относятся тетрабромбисфенол А, трибромфенол и дигликолевой эфир тетрабромфталевого ангидрида и т. д. Они в основном используются для производства двух типов бромированных антипиренов или добавляются в качестве реактивных компонентов в огнезащитные материалы. Огнезащитные материалы получают путем химических реакций с огнестойкими материалами.

Маломолекулярные аддитивные антипирены: к ним в основном относятся декабромдифенилэтан, бромированный триазин, октабромированный эфир, метилоктабромированный эфир и этил-бис (тетрабромфталимид) и т. д.

Высокомолекулярные полимерные антипирены. Благодаря хорошей совместимости с полимерами и стабильным физико-химическим свойствам они являются наиболее экологически чистой разновидностью антипиренов среди бромированных антипиренов. В основном к ним относятся: бромированный полистирол, бромированная эпоксидная смола, бромированный СБС, поликарбонатный олигомер тетрабромбисфенола А и т. д.

Предпочтение отдается антипиренам на основе брома, прежде всего, из-за их высокой огнезащитной эффективности и умеренной цены. Несмотря на то, что при горении они выделяют значительное количество дыма, эти материалы обладают превосходной огнестойкостью, требуют меньшего количества для эффективной защиты и оказывают минимальное влияние на свойства продуктов, в которых они используются. В краткосрочной перспективе они сохраняют они занимают незаменимое положение в качестве основы огнезащитных средств, и ожидается, что их острая конкуренция с безгалогенными антипиренами сохранится в долгосрочной перспективе.

Благодаря технологическому прогрессу во всем мире предпринимаются усилия по разработке новых типов антипиренов на основе брома. В настоящее время новой тенденцией в разработке антипиренов на основе брома на международном уровне является дальнейшее увеличение содержания брома и увеличение молекулярной массы.

Например, ПБ-68 от компании Ferro Corporation в США, представляющий собой в основном бромированный полистирол с молекулярной массой 15 000 и содержанием брома до 68%; Полибромированный фенол-акрилат, разработанный компаниями Bromination Chemicals Fast Company и Ameribrom, содержит до 70,5% брома и имеет молекулярную массу от 30 000 до 80 000.

Эти антипирены особенно подходят для различных типов конструкционных пластмасс, значительно превосходя многие низкомолекулярные антипирены с точки зрения устойчивости к миграции, совместимости, термической стабильности и огнестойкости. У них есть потенциал стать следующим поколением обновленных продуктов.

В будущем разработка и применение новых антипиренов на основе галогенов может следовать следующим тенденциям:

(1) Чтобы противодействовать влиянию на производительность при использовании в качестве вспомогательных добавок, ведется разработка новых антипиренов на основе брома с превосходными характеристиками. Например, бромированный полистирол CP 44B производства Kemira Corporation в США, который обладает превосходной текучестью и термической стабильностью, может хорошо диспергироваться в материалах и придает материалу яркий, стойкий цвет, завоевывая популярность на рынке.

(2) Используя современные методы полимеризации и химического синтеза, разрабатываются и синтезируются новые типы антипиренов на основе брома для замены тех, которые ограничены или вскоре будут ограничены. Например, бромированные сополимеры, полученные сополимеризацией стирола с бутадиеном и последующим добавлением брома, служат альтернативой гексабромциклододекановым антипиренам в пенополистироле.

Антипирены на основе хлора, в основном представленные поливинилхлоридом (ПВХ) и хлорированным полиэтиленом (ХПЭ), имеют значительное преимущество: они дешевле антипиренов на основе брома, что делает их также широко используемыми.

II. Применение безгалогенных антипиренов

• Неорганические фосфорные антипирены

Неорганические фосфорные антипирены в основном включают красный фосфор, фосфат и полифосфат аммония.

Красный фосфор – антипирен с отличными эксплуатационными характеристиками, характеризующийся высокой эффективностью, подавлением дыма и низкой токсичностью. Однако он склонен к поглощению влаги и окислению, что может привести к выделению высокотоксичных газов. Его пыль может быть взрывоопасной и имеет темно-красный цвет, что сильно ограничивает его использование.

Чтобы устранить эти недостатки, основным направлением исследований является обработка поверхности красным фосфором, причем наиболее эффективным методом является микрокапсулирование.

Будущее развитие обработки поверхности красным фосфором должно быть сосредоточено на:

1. Модификация герметизирующего материала для придания ему многофункциональных свойств, таких как термическая стабильность, пластификация и огнестойкость, разработка многофункциональных микрокапсулированных антипиренов на основе красного фосфора.

2.Изучение эффективного сочетания различных антипиренов с антипиренами на основе красного фосфора и их микрокапсулирование для повышения огнестойкости и улучшения механических свойств материалов.

3.Разработка технологий дымоподавления, так как при пожарах подавление дыма более важно, чем профилактика пожара. Красный фосфор обладает эффектом подавления дыма, поэтому следует искать подходящие средства подавления дыма для их комбинации.

Полифосфат аммония и соответствующие ему вспучивающиеся антипирены в настоящее время являются активными областями исследований антипиренов на основе фосфора. Длинноцепочечный полифосфат аммония (APP) имеет высокое содержание огнезащитных элементов P/N, хорошую термическую стабильность и практически нейтрален, что делает его совместимым с другими веществами. Он обладает устойчивыми огнестойкими свойствами и быстро развивается.

АРР представляет собой белый порошок с температурой разложения более 256°C. Он растворим в воде, когда степень полимеризации находится между 10 и 20, и нерастворим в воде, когда степень полимеризации превышает 20. АПФ дешевле, чем органические антипирены, имеет низкую токсичность и хорошую термическую стабильность, что делает его водостойким. подходит для использования отдельно или в сочетании с другими антипиренами в пластмассах.

При высоких температурах АРР быстро разлагается на аммиак и полифосфорную кислоту. Аммиак может снизить концентрацию кислорода в газовой фазе, предотвращая тем самым горение. Полифосфорная кислота является сильным дегидратирующим агентом, который может вызывать дегидратацию и карбонизацию полимеров, образуя углеродный слой, изолирующий полимер от кислорода, предотвращая горение в твердой фазе.

Вспучивающаяся огнезащитная система на основе АПП является актуальной темой в исследованиях безгалогенных огнезащитных полиолефинов и показывает хорошие перспективы развития в области переработки и модификации полипропилена. Отечественные исследования вспучивающейся огнезащитной системы в сочетании с клеточными фосфатными эфирами или солями и АПП обладают хорошей термостойкостью и огнестойкостью.

АПП имеет широкий спектр применения и может использоваться в качестве огнетушащего средства при тушении крупных пожаров в лесах и на нефтяных месторождениях, а также может использоваться в качестве вспучивающихся огнезащитных покрытий.

• Фосфорорганические антипирены

Большая часть эфира фосфорной кислоты жидкая, имеет низкую термостойкость, летучесть, совместимость не идеальна, при горении капает материал. Чтобы избежать вышеуказанных недостатков, разработка некоторых полимерных сложных эфиров фосфорной кислоты поликонденсационного типа стала одним из будущих направлений разработки антипиренов на основе сложных эфиров фосфорной кислоты.

Кроме того, азотсодержащий эфир фосфорной кислоты, содержащий два элемента азота и фосфора одновременно, огнезащитный эффект, чем только фосфорсодержащие соединения, лучше, система эфира фосфорной кислоты стала еще одним направлением развития антипиренов.

Диэтилалюминийфосфинат (АДФ) — продукт, нерастворимый в воде и органических растворителях, но растворимый в растворах сильных кислот и сильных оснований. Он имеет множество преимуществ, таких как высокое содержание фосфора, высокая термическая стабильность, нетоксичность, низкий дым, небольшой размер частиц, низкий удельный вес, хорошая дисперсия, легкая окраска и низкая плотность (1,2 кг/л). Как эффективный антипирен, он может широко использоваться для огнестойкости термопластичных пластмасс (таких как PA, ПБТ), волокон и текстиля.

Пиперазин-пирофосфат (PAPP), также известный как пиперазин полифосфорной кислоты (пиперазин с концентрированной фосфорной кислотой), представляет собой безгалогеновый, экологически чистый, вспучивающийся антипирен, в состав которого входят фосфор и азот в качестве основных огнезащитных элементов.

PAПП выглядит как белый порошок и обладает такими характеристиками, как высокая эффективность карбонизации, хорошая термическая стабильность, низкий дымовыделение и нетоксичность. Его можно использовать в огнестойких продуктах, таких как полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), полиуретан (ПУ), акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) и эпоксидная смола (ЭП), и он имеет большой потенциал для будущего развития рынка. .

• Азотный огнезащитный состав

Антипирены на основе азота разрабатываются позже, чем другие антипирены, и их огнестойкость не слишком хороша, и их чаще всего используют в сочетании с другими антипиренами.

Добавление азотного антипирена может способствовать карбонизации фосфорной системы, что оказывает синергетический эффект. Кроме того, азот и сурьма также обладают синергическим эффектом.

Антипирены на основе азота в основном включают меламин и цианурат меламина, которые можно использовать в полиуретане и полиамиде. В настоящее время основной темой является разработка азотных антипиренов с высоким содержанием азота, высокотемпературным диспергированием и соответствием полимерам.

• Неорганический огнезащитный состав

Триоксид сурьмы как типичный галогенный антипирен, обладающий коэффективным огнезащитным действием, не имеет собственного огнезащитного эффекта, требует использования галогенированных огнезащитных соединений брома или хлора, имеет характеристики высокого содержания древесного угля, огнезащитный эффект очевиден, а гидроксид магния имеет -эффективный огнезащитный эффект.

Гидроксид алюминия (АТН) является наиболее представительным среди неорганических антипиренов на основе соединений металлов, на его долю приходится более 40% неорганических антипиренов. Он выполняет три функции: огнестойкость, подавление дыма и наполнение без вторичного загрязнения. Он также может оказывать синергетический эффект с различными веществами, нелетуч, нетоксичен, обладает низкой коррозионной активностью и экономически эффективен.

Огнезащитный эффект гидроксида алюминия возникает, когда он подвергается дегидратации и поглощению тепла при температуре выше 200 ° C, с теплопоглощающей способностью 1968 Дж / г, что может подавлять раннее повышение температуры материалов. Однако гидроксид алюминия имеет тот недостаток, что требует добавления большого количества; обычно для достижения хороших огнезащитных эффектов необходимо добавлять более 50%.

Чтобы преодолеть этот недостаток, можно использовать такие методы, как технология грануляции для получения сверхмелких частиц, сужающих распределение частиц по размерам; усовершенствованные методы нанесения покрытия могут улучшить его дисперсию в полимерах; и может быть применено лечение макромолекулярными связями. Борат цинка также обладает синергическим огнезащитным действием с гидроксидом алюминия.

• Кремниевые антипирены

Антипирены на основе кремния можно разделить на неорганические и органические типы в зависимости от их состава и структуры.

Неорганические кремниевые антипирены в основном состоят из SiO2, который служит одновременно армирующим агентом и антипиреном. Механизм замедления горения предполагает образование при горении полимерного материала слоя SiO2, который выполняет роль барьера для горения и обеспечивает экранирующий эффект. SiO2 редко используется отдельно и часто сочетается с галогенидами для повышения эффективности.

Органические кремнийполимерные антипирены отличаются высокой эффективностью, нетоксичностью, низким дымовыделением, предотвращением образования капель, экологичностью при минимальном влиянии на свойства готовой продукции. Механизм замедления горения этих материалов включает образование карбида кремния при горении полимера, который предотвращает выход летучих продуктов сгорания, изолирует кислород от смолы и предотвращает капание расплавленного материала, тем самым достигая цели замедления горения.

К основным типам кремнийорганических антипиренов относятся силиконовые масла, силиконовые смолы, силиконовые каучуки и кремнийорганические алканоламиды.

SFR100 компании GE, разработанный компанией General Electric в США, обеспечивает превосходную огнестойкость полиолефинов, а также улучшает технологические и механические свойства смолы. Он придает матрице превосходную огнестойкость и подавление дыма, что делает ее подходящей для применений со строгими требованиями пожарной безопасности, где обычные огнезащитные системы не подходят.

Компания Dow Corning, известная своими силиконовыми продуктами, разработала микропорошок кремниевой смолы, который является эффективным антипиреном. Различные марки этого продукта можно использовать в полиолефинах, полиэфирах, полиамидах и полистиролах.

В Японии был разработан полисилоксановый ПК как одна из новейших безгалогенных огнезащитных смол. Он получил немецкий экологический сертификат «Голубой ангел» и продается по всему миру производителям электротехнической и других отраслей.

YINSU Flame Retardant специализируется на предоставлении эффективных и экологически чистых огнезащитных решений, а ее продукция охватывает широкий спектр основных огнезащитных средств. Основной антипирен на основе красного фосфора после специальной обработки поверхности преодолевает недостатки традиционного красного фосфора, характеризуется высокой эффективностью, дымоподавлением и низкой токсичностью, подходит для широкого спектра полимерных материалов.

Заменители триоксида сурьмы, производимые компанией, представляют собой экологически безопасную возможность модернизации традиционных галогенных огнезащитных систем, сохраняя при этом превосходные огнезащитные свойства. Серия огнезащитных средств на основе органического фосфора с высоким содержанием фосфора и хорошей совместимостью подходит для широкого спектра материалов, таких как термопласты, волокна и текстиль, эффективно улучшая огнезащитные свойства материалов. Кроме того, продукты углеродообразующих агентов хорошо способствуют образованию защитных углеродных слоев в материалах, что еще больше повышает пожаробезопасность материалов.

Огнезащитные составы YINSU Flame Retardant широко используются во многих отраслях промышленности, таких как производство электронных и электроприборов, строительных материалов, автомобилестроения, текстиля и т. д., помогая клиентам соблюдать строгие стандарты пожарной безопасности и способствуя экологически чистому развитию отрасли.