Nehořlavé přísady do disperzí používaných v nátěrových hmotách

Aditiva zpomalující hoření (FR) pro polymerní disperze, jako je PVAC (polyvinylacetát), styren-butadien (SBR), styren-akryláty (SAE), čisté akryláty a VAE (vinylacetát-etylen), se obvykle zaměřují na bezhalogenové, netoxické a s vodou kompatibilní systémy. protože tato pojiva se používají především v nátěrových hmotách a lepidlech na vodní bázi.

Aditiva zpomalující hoření pro polymerní disperze

Cílem těchto přísad je přerušit spalovací cyklus, obvykle vytvořením ochranné bariéry z uhlíků nebo uvolněním nehořlavých plynů. Nejběžnějšími typy přísad pro tyto vodou ředitelné systémy jsou anorganické a intumescentní typy:

Třída aditiv	Příklady	Mechanismus	Kompatibilita	Použitelné disperze
Anorganické hydroxidy	Trihydrát hliníku (ATH), hydroxid hořečnatý (Mg(OH)2 nebo MH)	Při endotermickém rozkladu se uvolňuje vodní pára, která ochlazuje plamen a ředí hořlavé plyny. Působí jako plnidlo a tlumič kouře.	Vynikající kompatibilita, netoxický, šetrný k životnímu prostředí.	PVAC, VAE, styrenové akryláty, čisté akryláty, SBR. VAE je označen jako kompatibilní s ATH a MH.
Intumescentní systémy	Polyfosforečnan amonný (APP), pentaerytritol, melamin. Často se používá v součinnosti s dalšími látkami, např. Expandabilní grafit (EG).	Vytváří zduřelý, izolační vrstva uhlíku (intumescence), která při zahřátí působí jako fyzikální bariéra pro přenos tepla a kyslíku.	Vyžaduje pečlivé složení pro stabilitu disperze a konečnou integritu filmu. Systémy APP/EG vykazují vynikající synergii.	Zvláště účinné pro Styrenové akryláty (SAE) k dosažení vysokého stupně odolnosti proti poškození (např. UL-94 V-0). Používá se u všech typů.
Na bázi fosforu/dusíku	Různé bezhalogenové zpomalovače hoření na bázi vody (např. specifické kapalné fosfáty, Synthro-Nyl aditiva).	Působí v kondenzované fázi (podporuje zuhelnatění) a/nebo v plynné fázi (zhášení radikálů).	Dobré kompatibility je dosaženo pomocí specializovaných přípravků na bázi vody.	Všechny typy, často prodávané jako bezhalogenové řešení.
Halogenované FR	Např. bromované sloučeniny.	Uvolňuje halogenové radikály do plynné fáze a zháší plamen.	V současné době méně časté z důvodu ochrany životního prostředí a toxicity.	Používá se v případech, kdy je důležitý vysoký výkon, ale v moderních vodou ředitelných nátěrech se mu obecně vyhýbá.

Aditiva zpomalující hoření (FR) pro polymerní disperze, jako je PVAC (polyvinylacetát), styren-butadien (SBR), styren-akryláty (SAE), čisté akryláty a VAE (vinylacetát-etylen), se obvykle zaměřují na bezhalogenové, netoxické a s vodou kompatibilní systémy. protože tato pojiva se používají především v nátěrových hmotách a lepidlech na vodní bázi.

Aditiva zpomalující hoření pro polymerní disperze

Cílem těchto přísad je přerušit spalovací cyklus, obvykle vytvořením ochranné bariéry z uhlíků nebo uvolněním nehořlavých plynů. Nejběžnějšími typy přísad pro tyto vodou ředitelné systémy jsou anorganické a intumescentní typy:

Třída aditiv	Příklady	Mechanismus	Kompatibilita	Použitelné disperze
Anorganické hydroxidy	Trihydrát hliníku (ATH), hydroxid hořečnatý (Mg(OH)2 nebo MH)	Při endotermickém rozkladu se uvolňuje vodní pára, která ochlazuje plamen a ředí hořlavé plyny. Působí jako plnidlo a tlumič kouře.	Vynikající kompatibilita, netoxický, šetrný k životnímu prostředí.	PVAC, VAE, styrenové akryláty, čisté akryláty, SBR. VAE je označen jako kompatibilní s ATH a MH.
Intumescentní systémy	Polyfosforečnan amonný (APP), pentaerytritol, melamin. Často se používá v součinnosti s dalšími látkami, např. Expandabilní grafit (EG).	Vytváří zduřelý, izolační vrstva uhlíku (intumescence), která při zahřátí působí jako fyzikální bariéra pro přenos tepla a kyslíku.	Vyžaduje pečlivé složení pro stabilitu disperze a konečnou integritu filmu. Systémy APP/EG vykazují vynikající synergii.	Zvláště účinné pro Styrenové akryláty (SAE) k dosažení vysokého stupně odolnosti proti poškození (např. UL-94 V-0). Používá se u všech typů.
Na bázi fosforu/dusíku	Různé bezhalogenové zpomalovače hoření na bázi vody (např. specifické kapalné fosfáty, Synthro-Nyl aditiva).	Působí v kondenzované fázi (podporuje zuhelnatění) a/nebo v plynné fázi (zhášení radikálů).	Dobré kompatibility je dosaženo pomocí specializovaných přípravků na bázi vody.	Všechny typy, často prodávané jako bezhalogenové řešení.
Halogenované FR	Např. bromované sloučeniny.	Uvolňuje halogenové radikály do plynné fáze a zháší plamen.	V současné době méně časté z důvodu ochrany životního prostředí a toxicity.	Používá se v případech, kdy je důležitý vysoký výkon, ale v moderních vodou ředitelných nátěrech se mu obecně vyhýbá.

---

Výzvy při vývoji nehořlavých nátěrů

Vývoj účinných nehořlavých nátěrů představuje několik překážek v oblasti složení a vlastností:

1. Zachování fyzikálních a mechanických vlastností: Vysoké množství FR přísad (zejména minerálních plniv, jako jsou ATH/MH nebo intumescentní složky), které je nutné pro účinnou retardaci hoření, může negativní dopad základní vlastnosti nátěru, jako jsou:
   • Mechanická pevnost/pružnost: Snížená elasticita, zvýšená křehkost.
   • Přilnavost: Snížená pevnost spoje s podkladem.
   • Odolnost proti vodě/pošumění: Může se zvýšit pórovitost, což zhoršuje trvanlivost.
2. Kompatibilita a stabilita v disperzích: Přísada FR (často ve formě pevného prášku) musí být snadno se rozptylují a zůstávají stabilní v polymerní emulzi (disperzi), aniž by došlo k:
   • Koagulace nebo flokulace polymerních částic.
   • Vypořádání nebo špatnou stabilitou při skladování.
   • Pěnění během zpracování nebo aplikace.
3. Požadované vysoké zatížení: Pro dostatečnou protipožární ochranu je často nutné přidávat FR přísady v množství vysoká koncentrace (vysoké zatížení), což zvyšuje náklady a zhoršuje výše uvedené ohrožení vlastností.
4. Obavy o životní prostředí a zdraví: V tomto odvětví existuje silná snaha o bezhalogenové, málo toxické a málo kouřové. FR systémy. Nahrazení účinných, ale problematických halogenovaných zpomalovačů hoření ekologicky nezávadnými alternativami, které mají srovnatelnou účinnost, je významnou výzvou.
5. Dosažení multifunkčnosti: Moderní nátěry často vyžadují multifunkčnost (např. nehořlavost, odolnost proti korozi, samoregenerační schopnost, hydrofobnost). Začlenění více funkčních přísad může vést k konflikty kde je jedna vlastnost ohrožena, aby se dosáhlo jiné.

---

Rozdíly ve vlastnostech zpomalujících hoření v rámci polymerů

Vlastní hořlavost samotného základního polymeru ovlivňuje typ a množství potřebné FR přísady.

• VAE (vinylacetát ethylen):
  • Inherentní vlastnictví: VAE má obecně nižší index hořlavosti než styrenakryl a styrenbutadien. Díky tomu je relativně jednodušší a ekonomičtější složení s přísadami FR pro splnění požárních norem.
  • Důvod: Přítomnost vinylacetát která obvykle hoří méně intenzivně než aromatické struktury, přispívá k její nižší vlastní hořlavosti.
• Styren-butadien (SBR) a styren-akrylát (SAE):
  • Inherentní vlastnictví: Tyto polymery, zejména SBR a SAE, obsahují styren aromatický uhlovodík, který je vysoce hořlavý a produkuje značné množství hořlavých látek. kouř a saze při spalování. Jsou považovány za velmi vysoká hořlavost a nízký limitní kyslíkový index (LOI).
  • Požadavek FR: Tato vysoká hořlavost znamená, že vyžadují silnější a/nebo vyšší zatížení přísad FR. Intumescentní systémy jako např. APP/EG jsou obzvláště důležité pro dosažení vysokého stupně hořlavosti (např. UL-94 V-0), protože účinně vytvářejí uhlík, který izoluje vysoce hořlavý základní materiál.
• PVAC (polyvinylacetát) a čisté akryláty:
  • Inherentní vlastnictví: Obě látky jsou hořlavé, ale čistý akryl a PVAC mají tendenci se někde vyznačovat přirozenou hořlavostí. mezi VAE a polymery na bázi styrenu. Čisté akryláty jsou plně akrylové a vysoce uhlíkaté, a přestože mohou vykazovat lepší UV stabilitu než polymery obsahující styren, stále vyžadují úpravu FR pro požární aplikace. PVAC je chemicky podobný vinylacetátové části VAE, ale bez ethylenové složky.
  • Požadavek FR: Snadno reagují na běžné přísady FR (ATH, MH, APP) a konkrétní složení závisí do značné míry na požárních požadavcích konečné aplikace.

Index hořlavosti

Na stránkách index hořlavosti je číselná míra který označuje potenciální nebezpečí požáru materiálu. Vyjadřuje, jak snadno se materiál vznítí a jakou má schopnost udržet hoření.

Vyšší hodnota indexu hořlavosti obvykle odpovídá materiálu, který se snáze vznítí a představuje větší riziko požáru.

---

Klíčové charakteristiky

Index hořlavosti je výsledkem standardizovaných požárních zkoušek a kombinuje více faktorů souvisejících s chováním materiálu při hoření:

• Zapalování: Jak rychle se materiál vznítí, když je vystaven plameni nebo teplu.
• Šíření plamene: Jak rychle se plamen šíří po povrchu materiálu.
• Tepelný faktor/uvolnění: Množství tepla vznikajícího při hoření.
• Doba hoření: Doba, po kterou materiál hoří po odstranění zdroje zapálení.

Je důležité si uvědomit, že termín "index hořlavosti" může odkazovat na různé konkrétní normy a stupnice v závislosti na zemi nebo aplikaci (např. stavební předpisy, doprava atd.).

---

Jak se určuje index hořlavosti

Index hořlavosti materiálu se určuje pomocí standardizované požární zkoušky protokoly. Jednou z běžných metod, jako je například metoda uvedená v australské normě AS 1530.2, používá Vertikální test hoření a je obvykle určena pro tenké, poddajné materiály, jako je textil nebo sarking (tenké plechy používané ve stavebnictví).

Zkušební metoda AS 1530.2

1. Příprava: Vzorek materiálu je vertikálně upevněn na rámu.
2. Zapalování: Na základ materiálu se po stanovenou dobu působí plamenem, často ze zdroje tepla čistého alkoholu.
3. Měření: Sleduje se a měří několik kritérií:
   • Výška plamene: Maximální výška, které plamen dosáhne.
   • Čas plamene: Doba trvání plamene na materiálu.
   • Tepelný faktor: Měření související s vyprodukovaným teplem.
4. Výpočet: Indexové číslo je vypočtený výsledek kombinací těchto kritérií, jejichž výsledkem je často skóre, které se pohybuje od 0 až 100, ačkoli konkrétní předpisy mohou vyžadovat mnohem nižší skóre, aby byl materiál považován za vyhovující (např. skóre 5 nebo 6).

Tento index se používá k posouzení potenciálního požárního nebezpečí materiálu při počáteční růst požárua poskytuje tak kvantitativní způsob porovnání hořlavosti různých materiálů.

Typické aplikace VAE

Vinylacetát-etylenové (VAE) kopolymerní disperze jsou mimořádně užitečné jako pojiva v široké škále nátěrů a aplikací, zejména tam, kde pružnost, silná přilnavost k polárním podkladům a šetrnost k životnímu prostředí (nízký obsah těkavých organických látek). jsou klíčové požadavky.

Jejich univerzálnost je dána obsahem ethylenu, který snižuje teplotu skelného přechodu polymeru (Tg), čímž vzniká měkká a pružná fólie bez nutnosti použití vnějších změkčovadel.

Zde je rozpis nátěrů a aplikací, kde je VAE nejužitečnější:

1. Architektonické nátěry (barvy)

VAE je přední volbou pro vodou ředitelné nátěrové hmoty, zejména pro interiérové aplikace, a to díky vynikající kombinaci výkonu a ekologického profilu.

Aplikace/výrobek	Klíčová výhoda VAE
Vnitřní barvy na stěny (ploché a pololesklé)	Nízký zápach a nízký obsah těkavých organických látek: VAE je hlavní složkou ekologických a bezemisních nátěrových hmot.
Vysoce výkonné interiérové barvy	Vynikající odolnost proti drhnutí: Poskytuje odolný film, který vydrží čištění a mytí.
Tvorba filmu při nízkých teplotách	VAE dokáže vytvořit souvislý, trvanlivý film při teplotách blízkých 0∘C bez nutnosti přidávat koalescenční rozpouštědla.
Dobrá krycí schopnost (neprůhlednost)	Přispívá ke schopnosti barvy účinně pokrýt podkladový povrch, což často umožňuje snížit obsah oxidu titaničitého.
Texturované nátěry	Poskytuje odolnost a pružnost pro silnější, strukturované povrchy.
Nátěry vnějších stěn	Nabízí dobré odolnost proti vodě a přilnavost, ačkoli některé špičkové exteriérové aplikace mohou preferovat jiné polymery pro vyšší odolnost proti UV záření.

2. Stavební a konstrukční materiály

VAE je široce používán ve formě kapalné emulze a také jako Redispergovatelný polymerní prášek (RDP), která se mísí s maltami pro suché směsi.

Aplikace/výrobek	Klíčová výhoda VAE
Cementové membrány	Pružnost a odolnost proti prasklinám: Zlepšuje pružnost výrobků na bázi cementu, což jim umožňuje lépe zvládat pohyb a zabraňuje vzniku trhlin.
Lepidla a spárovací hmoty pro dlaždice	Vynikající přilnavost: Zlepšuje vazbu na různé podklady a zvyšuje pevnost a zpracovatelnost.
Opravné malty a stěrkovací hmoty	Pevnost v ohybu a zpracovatelnost: Zlepšuje mechanickou pevnost a usnadňuje aplikaci materiálu.
Těsnicí prostředky a tmely na beton	Poskytuje pevné, pružné a voděodolné fólie.

3. Lepidla

Díky své přirozené polaritě je VAE výjimečným pojivem pro materiály, jako je dřevo a papír.

Aplikace/výrobek	Klíčová výhoda VAE
Lepidla pro zpracování dřeva	Silná přilnavost k polárním substrátům: Výborně přilne ke dřevu, papíru a textilu.
Obaly a lepidla na papír	Rychlé nastavení a dobré mokré lepidlo.
Lepidla na podlahy	Poskytuje pružnost a odolnost proti vlhkosti.

4. Textilie a netkané textilie

Disperze VAE se používají jako pojiva a povrchové úpravy tkanin.

Aplikace/výrobek	Klíčová výhoda VAE
Zpracování netkaných textilií (lékařské, hygienické)	Funguje jako pojivo pro konsolidaci volných vláken, což zlepšuje jejich kvalitu. mechanická pevnost a pružnost.
Potisk textilu	Působí jako pigmentové pojivo pro stálost barev a odolnost proti praní.
Podložka koberce	Používá se ke spojení vláken koberce a zajištění trvanlivosti.

Klíčové výhody disperzí VAE z hlediska výkonu

Mezi vlastnosti VAE, díky nimž je v těchto oblastech tak užitečná, patří:

• Flexibilita a houževnatost: Díky vnitřnímu plastifikačnímu účinku ethylenového monomeru jsou filmy vysoce pružné a houževnaté bez migrace vnějších plastifikátorů.
• Přilnavost: Vykazuje vynikající přilnavost k široké škále podkladů, zejména k polárním materiálům, jako je dřevo, papír a beton.
• Profil životního prostředí: Je na vodní bázi, má nízký zápach a pomáhá výrobcům splnit normy pro nízký obsah těkavých organických látek (VOC), což často eliminuje potřebu použití koalescenčních činidel.
• Odolnost proti vodě: Vytváří film s dobrou odolností vůči vodě a alkáliím.

Snížení nebo nahrazení obsahu ATH disperzemi VAE

Trihydrát hliníku (ATH) je široce používaným nehalogenovaným zpomalovačem hoření, ale existuje několik alternativ, zejména pokud jsou vyžadovány vyšší teploty zpracování nebo pokud se hledají jiné mechanismy zpomalování hoření.

Primární alternativy lze rozdělit na ostatní hydroxidy kovů, ostatní anorganické minerály a nehalogenované organické sloučeniny.

I. Hydroxidy kovů (stejný mechanismus, jiná teplota)

Tyto sloučeniny fungují podobně jako ATH - rozkládají se endotermicky, absorbují teplo a uvolňují vodní páru, která materiál ochlazuje a ředí hořlavé plyny.

Alternativní	Chemický vzorec	Teplota rozkladu	Klíčová výhoda oproti ATH	Primární aplikace
Hydroxid hořečnatý (MDH)	Mg(OH)2	≈300-330∘C	Vyšší tepelná stabilita: Lze použít v polymerech, které vyžadují vyšší teploty zpracování, jako je polypropylen a polyamidy.	Polypropylen, polyamidy, dráty a kabely, technické termoplasty.
Hydrát oxidu hlinitého (boehmit)	AlOOH	≈320∘C	Vyšší tepelná stabilita: Vhodný pro technické termoplasty a působí jako synergent s fosfináty kovů.	Technické termoplasty, desky s plošnými spoji.

Exportovat do tabulkových procesorů

Poznámka k hydroxidům kovů: ATH i MDH jsou sice vysoce účinné, ale k dosažení dostatečné nehořlavosti je často zapotřebí vysokých úrovní zatížení polymeru, což může někdy negativně ovlivnit mechanické vlastnosti materiálu.

II. Ostatní anorganické a minerální zpomalovače hoření

Tyto možnosti často fungují jako potlačovače kouře, látky vytvářející uhel nebo synergické látky.

• Boritan zinečnatý (ZnB)
  • Mechanismus: Multifunkční, působí v pevné i plynné fázi. Podporuje tvorbu stabilní sklovitá vrstva uhlíku a působí jako tlumič kouře a následného světla. Při teplotě nad 290∘C může také uvolňovat vlastní hydratační vodu.
  • Použití: Často se používá v kombinaci s jinými zpomalovači hoření (včetně ATH a MDH) pro dosažení synergického účinku nebo jako náhrada za oxid antimonitý (halogenovaný synergent).
• Expandabilní grafit (EG)
  • Mechanismus: Jedná se o intumescentní materiál. Při vystavení teplu se výrazně rozpíná a vytváří izolační vrstvu uhlíku, která chrání podkladový polymer před teplem a kyslíkem.
  • Použití: Účinně snižuje nebezpečí požáru, často se používá v synergii s jinými nehalogenovanými zpomalovači hoření, jako je ATH nebo červený fosfor.

III. Nehalogenované organické a chemické zpomalovače hoření

Tyto systémy často fungují tak, že vytvářejí izolační vrstvu uhlíku (intumescence) nebo zasahují do chemie spalování.

• Sloučeniny na bázi fosforu
  • Příklady: červený fosfor (RP), polyfosforečnan amonný (APP) a různé organofosfáty.
  • Mechanismus: Jsou aktivní především v pevné fázi tím, že podporují tvorbu vrstva uhlíku na povrchu polymeru, který působí jako bariéra proti teplu a kyslíku. Některé formy mohou také uvolňovat těkavé sloučeniny fosforu, které v plameni (plynné fázi) vychytávají volné radikály.
• Sloučeniny na bázi dusíku
  • Příklady: Melamin, melamin kyanurát (MCA), dikyandiamid (DICY).
  • Mechanismus: Při zahřívání často uvolňují inertní dusíkové plyny, které ředí koncentraci kyslíku v plameni. Mohou také pracovat ve spojení se sloučeninami fosforu v intumescentní systémy pomáhají vytvářet znaky.
• Intumescentní systémy
  • Mechanismus: Jedná se o složité přípravky, které obvykle obsahují zdroj kyseliny (např. APP), zdroj uhlíku a nadouvadlo. Po zahřátí nabobtnají a vytvoří silnou ochrannou vrstvu z pěnového uhlíku.

Nejlepší alternativa závisí zcela na konkrétní aplikaci, použitém polymeru, požadované teplotě zpracování a požadovaném požárním výkonu a ceně.