บทนำเกี่ยวกับสารหน่วงไฟที่ใช้ไนโตรเจนสำหรับไนลอน

บทนำเกี่ยวกับสารหน่วงไฟที่ใช้ไนโตรเจนสำหรับไนลอน

สารหน่วงไฟที่ทำจากไนโตรเจนมีคุณสมบัติเด่นคือความเป็นพิษต่ำ ไม่กัดกร่อน ทนความร้อนและรังสี UV มีประสิทธิภาพการหน่วงไฟที่ดี และคุ้มค่า อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของสารหน่วงไฟเหล่านี้ ได้แก่ ความยากลำบากในการแปรรูปและการกระจายตัวที่ไม่ดีในเมทริกซ์พอลิเมอร์ สารหน่วงไฟที่ทำจากไนโตรเจนที่นิยมใช้ในการผลิตไนลอน ได้แก่ MCA (เมลามีนไซยานูเรต), เมลามีน และ MPP (เมลามีนโพลีฟอสเฟต)

กลไกการหน่วงไฟมีสองด้านด้วยกัน:

1. กลไกทางกายภาพแบบ “การระเหิดและดูดความร้อน” สารหน่วงไฟจะลดอุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุโพลีเมอร์และแยกออกจากอากาศผ่านการระเหิดและการดูดซับความร้อน
2. กลไกการคาร์บอไนเซชันแบบเร่งปฏิกิริยาและการบวมตัวในระยะควบแน่น: สารหน่วงไฟจะทำปฏิกิริยากับไนลอน ส่งเสริมให้เกิดการคาร์บอไนเซชันและการขยายตัวโดยตรง

MCA มีหน้าที่สองประการในกระบวนการหน่วงไฟ โดยส่งเสริมทั้งการคาร์บอไนเซชันและการเกิดโฟม กลไกและประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของไนลอน การศึกษาเกี่ยวกับ MCA และ MPP ใน PA6 และ PA66 พบว่าสารหน่วงไฟเหล่านี้กระตุ้นการเกิด cross-linking ใน PA66 แต่ส่งเสริมการย่อยสลายใน PA6 ส่งผลให้ PA66 มีประสิทธิภาพในการหน่วงไฟที่ดีกว่า PA6

1. เมลามีนไซยานูเรต (MCA)

MCA สังเคราะห์จากเมลามีนและกรดไซยานูริกในน้ำ ก่อตัวเป็นสารยึดเกาะที่มีพันธะไฮโดรเจน เป็นสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน มีความเป็นพิษต่ำ และมีควันน้อย นิยมใช้ในพอลิเมอร์ไนลอน อย่างไรก็ตาม MCA แบบดั้งเดิมมีจุดหลอมเหลวสูง (สลายตัวและระเหิดที่อุณหภูมิสูงกว่า 400°C) และสามารถผสมกับเรซินในรูปอนุภาคของแข็งได้เท่านั้น ทำให้เกิดการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอและขนาดอนุภาคใหญ่ ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟ นอกจากนี้ MCA ยังทำงานหลักในสถานะก๊าซ ทำให้เกิดการเผาถ่านต่ำและชั้นคาร์บอนที่หลวมและไม่ป้องกันในระหว่างการเผาไหม้

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ จึงได้นำเทคโนโลยีคอมโพสิตโมเลกุลมาใช้เพื่อปรับเปลี่ยน MCA โดยการนำสารเติมแต่งสารหน่วงไฟ (WEX) เสริมเข้ามา ซึ่งช่วยลดจุดหลอมเหลวของ MCA ทำให้เกิดการหลอมรวมและการกระจายตัวที่ละเอียดมากกับ PA6 นอกจากนี้ WEX ยังช่วยเพิ่มการเกิดถ่านในระหว่างการเผาไหม้ ปรับปรุงคุณภาพของชั้นคาร์บอน และเสริมสร้างประสิทธิภาพการหน่วงไฟแบบควบแน่นของ MCA จึงผลิตวัสดุหน่วงไฟที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม

2. สารหน่วงการติดไฟ (IFR)

IFR เป็นระบบหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนที่สำคัญ ข้อได้เปรียบเหนือสารหน่วงไฟฮาโลเจนคือการปล่อยควันต่ำและการปล่อยก๊าซที่ไม่เป็นพิษระหว่างการเผาไหม้ นอกจากนี้ ชั้นถ่านที่เกิดจาก IFR ยังช่วยดูดซับโพลิเมอร์ที่หลอมละลายและเผาไหม้ ป้องกันการหยดและการลุกลามของไฟ

ส่วนประกอบหลักของ IFR ได้แก่:

• แหล่งก๊าซ (สารประกอบเมลามีน)
• แหล่งกรด (สารหน่วงไฟฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน)
• แหล่งคาร์บอน (ไนลอนเอง)
• สารเติมแต่งที่มีฤทธิ์เสริมฤทธิ์กัน (เช่น ซิงค์โบเรต อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์) และสารป้องกันการหยด

เมื่ออัตราส่วนมวลของสารหน่วงไฟฟอสฟอรัส-ไนโตรเจนต่อสารประกอบที่มีเมลามีนเป็น:

• ต่ำกว่า 1%: มีประสิทธิภาพในการหน่วงไฟไม่เพียงพอ
• มากกว่า 30%: การระเหยเกิดขึ้นระหว่างการประมวลผล
• ระหว่าง 1%–30% (โดยเฉพาะ 7%–20%): ประสิทธิภาพการหน่วงการติดไฟที่เหมาะสมที่สุดโดยไม่กระทบต่อความสามารถในการแปรรูป

  More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com