Giới thiệu về chất chống cháy gốc nitơ cho nylon

Giới thiệu về chất chống cháy gốc nitơ cho nylon

Các chất chống cháy gốc nitơ có đặc điểm là độc tính thấp, không ăn mòn, ổn định nhiệt và tia cực tím, hiệu quả chống cháy tốt và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng bao gồm khó khăn trong quá trình gia công và khả năng phân tán kém trong ma trận polymer. Các chất chống cháy gốc nitơ thường dùng cho nylon bao gồm MCA (melamine cyanurate), melamine và MPP (melamine polyphosphate).

Cơ chế chống cháy bao gồm hai khía cạnh:

1. Cơ chế vật lý “Thăng hoa và hấp thụ nhiệt”: Chất chống cháy làm giảm nhiệt độ bề mặt của vật liệu polymer và cách ly nó khỏi không khí thông qua quá trình thăng hoa và hấp thụ nhiệt.
2. Cơ chế cacbon hóa xúc tác và trương nở trong pha rắn: Chất chống cháy tương tác với nylon, thúc đẩy quá trình cacbon hóa trực tiếp và giãn nở.

MCA thể hiện chức năng kép trong quá trình chống cháy, thúc đẩy cả quá trình cacbon hóa và tạo bọt. Cơ chế và hiệu quả chống cháy thay đổi tùy thuộc vào loại nylon. Các nghiên cứu về MCA và MPP trong PA6 và PA66 cho thấy các chất chống cháy này gây ra sự liên kết ngang trong PA66 nhưng lại thúc đẩy sự phân hủy trong PA6, dẫn đến hiệu quả chống cháy tốt hơn ở PA66 so với PA6.

1. Melamine Cyanurate (MCA)

MCA được tổng hợp từ melamine và axit cyanuric trong nước, tạo thành một chất cộng hợp liên kết hydro. Đây là chất chống cháy tuyệt vời, không chứa halogen, ít độc hại và ít khói, thường được sử dụng trong các polyme nylon. Tuy nhiên, MCA truyền thống có điểm nóng chảy cao (phân hủy và thăng hoa trên 400°C) và chỉ có thể được trộn với nhựa ở dạng hạt rắn, dẫn đến sự phân tán không đồng đều và kích thước hạt lớn, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả chống cháy. Ngoài ra, MCA chủ yếu hoạt động ở pha khí, dẫn đến sự hình thành than thấp và các lớp carbon lỏng lẻo, không có khả năng bảo vệ trong quá trình cháy.

Để giải quyết những vấn đề này, công nghệ vật liệu composite phân tử đã được sử dụng để cải tiến MCA bằng cách đưa vào chất phụ gia chống cháy bổ sung (WEX), giúp hạ thấp điểm nóng chảy của MCA, cho phép nóng chảy đồng thời và phân tán siêu mịn với PA6. WEX cũng tăng cường sự hình thành than trong quá trình cháy, cải thiện chất lượng lớp carbon và tăng cường hiệu quả chống cháy pha rắn của MCA, từ đó tạo ra vật liệu chống cháy với hiệu suất tuyệt vời.

2. Chất chống cháy bùng phát (IFR)

IFR là một hệ thống chống cháy không chứa halogen quan trọng. Ưu điểm của nó so với các chất chống cháy chứa halogen bao gồm lượng khí thải khói thấp và không phát thải khí độc hại trong quá trình cháy. Hơn nữa, lớp than hình thành bởi IFR có thể hấp thụ polyme nóng chảy đang cháy, ngăn ngừa hiện tượng nhỏ giọt và lan rộng đám cháy.

Các thành phần chính của IFR bao gồm:

• Nguồn khí (các hợp chất gốc melamine)
• Nguồn axit (chất chống cháy chứa phốt pho-nitơ)
• Nguồn carbon (chính là nylon)
• Các chất phụ gia hiệp đồng (ví dụ: kẽm borat, nhôm hydroxit) và chất chống nhỏ giọt.

Khi tỷ lệ khối lượng chất chống cháy chứa phốt pho-nitơ so với các hợp chất gốc melamine là:

• Dưới 1%: Hiệu quả chống cháy không đủ.
• Trên 30%: Hiện tượng bay hơi xảy ra trong quá trình chế biến.
• Trong khoảng 1%–30% (đặc biệt là 7%–20%): Hiệu quả chống cháy tối ưu mà không ảnh hưởng đến khả năng gia công.

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