Dodatki zmniejszające palność do dyspersji stosowanych w powłokach

Dodatki zmniejszające palność (FR) do dyspersji polimerowych, takich jak PVAC (polioctan winylu), styren-butadien (SBR), akryle styrenowe (SAE), czyste akryle i VAE (octan winylu-etylen) zwykle koncentrują się na bezhalogenowe, nietoksyczne i kompatybilne z wodą systemy ponieważ spoiwa te są stosowane głównie w powłokach i klejach na bazie wody.

Dodatki zmniejszające palność do dyspersji polimerowych

Celem tych dodatków jest przerwanie cyklu spalania, zwykle poprzez utworzenie ochronnej bariery węglowej lub uwolnienie niepalnych gazów. Najpopularniejsze rodzaje dodatków do systemów wodorozcieńczalnych to nieorganiczny oraz pęczniejący typy:

Klasa dodatków	Przykłady	Mechanizm	Kompatybilność	Odpowiednie dyspersje
Wodorotlenki nieorganiczne	Trójwodzian glinu (ATH)wodorotlenek magnezu (Mg(OH)2 lub MH)	Rozkład endotermiczny, uwalnia parę wodną, która chłodzi płomień i rozcieńcza gazy palne. Działa jako wypełniacz i środek tłumiący dym.	Doskonała kompatybilność, nietoksyczny, przyjazny dla środowiska.	PVAC, VAE, akryle styrenowe, czyste akryle, SBR. VAE jest zgodny z ATH i MH.
Systemy pęczniejące	Polifosforan amonu (APP)pentaerytrytol, melamina. Często stosowany w synergii z innymi środkami, takimi jak Grafit ekspandowalny (EG).	Tworzy spuchniętą, izolującą warstwa char (pęcznienie) po podgrzaniu, które działa jako fizyczna bariera dla transferu ciepła i tlenu.	Wymaga starannej formulacji w celu zapewnienia stabilności dyspersji i integralności końcowej powłoki. Systemy APP/EG wykazują doskonałą synergię.	Szczególnie skuteczny dla Akryle styrenowe (SAE) aby osiągnąć wysokie oceny FR (np. UL-94 V-0). Używane we wszystkich typach.
Na bazie fosforu/azotu	Różne bezhalogenowe środki zmniejszające palność na bazie wody (np. określone płynne fosforany), Synthro-Nyl dodatki typu).	Działa w fazie skondensowanej (promuje zwęglanie) i/lub w fazie gazowej (wygaszanie rodników).	Dobrą kompatybilność uzyskuje się dzięki specjalistycznym preparatom na bazie wody.	Wszystkie typy, często sprzedawane jako bezhalogenowy rozwiązania.
Halogenowane FR	Np. związki bromowane.	Uwalnia rodniki halogenowe do fazy gazowej, gasząc płomień.	Obecnie mniej powszechne ze względu na ochronę środowiska i toksyczność.	Używany, gdy wysoka wydajność jest krytyczna, ale generalnie unikany w nowoczesnych powłokach wodorozcieńczalnych.

Dodatki zmniejszające palność (FR) do dyspersji polimerowych, takich jak PVAC (polioctan winylu), styren-butadien (SBR), akryle styrenowe (SAE), czyste akryle i VAE (octan winylu-etylen) zwykle koncentrują się na bezhalogenowe, nietoksyczne i kompatybilne z wodą systemy ponieważ spoiwa te są stosowane głównie w powłokach i klejach na bazie wody.

Dodatki zmniejszające palność do dyspersji polimerowych

Celem tych dodatków jest przerwanie cyklu spalania, zwykle poprzez utworzenie ochronnej bariery węglowej lub uwolnienie niepalnych gazów. Najpopularniejsze rodzaje dodatków do systemów wodorozcieńczalnych to nieorganiczny oraz pęczniejący typy:

Klasa dodatków	Przykłady	Mechanizm	Kompatybilność	Odpowiednie dyspersje
Wodorotlenki nieorganiczne	Trójwodzian glinu (ATH)wodorotlenek magnezu (Mg(OH)2 lub MH)	Rozkład endotermiczny, uwalnia parę wodną, która chłodzi płomień i rozcieńcza gazy palne. Działa jako wypełniacz i środek tłumiący dym.	Doskonała kompatybilność, nietoksyczny, przyjazny dla środowiska.	PVAC, VAE, akryle styrenowe, czyste akryle, SBR. VAE jest zgodny z ATH i MH.
Systemy pęczniejące	Polifosforan amonu (APP)pentaerytrytol, melamina. Często stosowany w synergii z innymi środkami, takimi jak Grafit ekspandowalny (EG).	Tworzy spuchniętą, izolującą warstwa char (pęcznienie) po podgrzaniu, które działa jako fizyczna bariera dla transferu ciepła i tlenu.	Wymaga starannej formulacji w celu zapewnienia stabilności dyspersji i integralności końcowej powłoki. Systemy APP/EG wykazują doskonałą synergię.	Szczególnie skuteczny dla Akryle styrenowe (SAE) aby osiągnąć wysokie oceny FR (np. UL-94 V-0). Używane we wszystkich typach.
Na bazie fosforu/azotu	Różne bezhalogenowe środki zmniejszające palność na bazie wody (np. określone płynne fosforany), Synthro-Nyl dodatki typu).	Działa w fazie skondensowanej (promuje zwęglanie) i/lub w fazie gazowej (wygaszanie rodników).	Dobrą kompatybilność uzyskuje się dzięki specjalistycznym preparatom na bazie wody.	Wszystkie typy, często sprzedawane jako bezhalogenowy rozwiązania.
Halogenowane FR	Np. związki bromowane.	Uwalnia rodniki halogenowe do fazy gazowej, gasząc płomień.	Obecnie mniej powszechne ze względu na ochronę środowiska i toksyczność.	Używany, gdy wysoka wydajność jest krytyczna, ale generalnie unikany w nowoczesnych powłokach wodorozcieńczalnych.

---

Wyzwania związane z opracowywaniem powłok zmniejszających palność

Opracowanie skutecznych powłok ognioodpornych wiąże się z kilkoma przeszkodami w zakresie składu i wydajności:

1. Utrzymanie właściwości fizycznych i mechanicznych: Wysoka zawartość dodatków FR (zwłaszcza wypełniaczy mineralnych, takich jak ATH/MH lub składników pęczniejących) wymagana do uzyskania skutecznej ognioodporności może negatywny wpływ podstawowe właściwości powłoki, takie jak
   • Wytrzymałość mechaniczna/elastyczność: Zmniejszona elastyczność, zwiększona kruchość.
   • Przyczepność: Zmniejszona siła wiązania z podłożem.
   • Odporność na wodę/pogodę: Porowatość może wzrosnąć, obniżając trwałość.
2. Kompatybilność i stabilność w dyspersjach: Dodatek FR (często w postaci stałego proszku) musi być łatwo się rozprasza i pozostaje stabilny w emulsji polimerowej (dyspersji) bez powodowania:
   • Koagulacja lub flokulacja cząstek polimeru.
   • Rozliczenie lub słaba stabilność przechowywania.
   • Spienianie podczas przetwarzania lub stosowania.
3. Wymagane wysokie obciążenie: W celu zapewnienia wystarczającej ochrony przeciwpożarowej, dodatki FR muszą być często dodawane na poziomie wysokie stężenie (duże obciążenie), co zwiększa koszty i pogarsza wymienione powyżej problemy z nieruchomościami.
4. Problemy środowiskowe i zdrowotne: Istnieje silne dążenie branży do Bezhalogenowy, o niskiej toksyczności i niskim poziomie dymu Systemy FR. Zastąpienie skutecznych, ale problematycznych halogenowych środków zmniejszających palność alternatywnymi, przyjaznymi dla środowiska środkami, które oferują porównywalną wydajność, jest poważnym wyzwaniem.
5. Osiągnięcie wielofunkcyjności: Nowoczesne powłoki często wymagają wielofunkcyjność (np. ognioodporność, odporność na korozję, samoregeneracja, hydrofobowość). Włączenie wielu dodatków funkcjonalnych może prowadzić do konflikty gdzie jedna właściwość jest zagrożona, aby osiągnąć inną.

---

Różnice we właściwościach zmniejszających palność polimerów

Nieodłączna palność samego polimeru bazowego wpływa na rodzaj i ilość potrzebnego dodatku FR.

• VAE (etylen octanu winylu):
  • Własność nieodłączna: VAE ma zazwyczaj niższy wskaźnik palności niż styren akrylowy i styren butadienowy. To sprawia, że jest stosunkowo łatwiejsze i bardziej ekonomiczne do formułowania z dodatkami FR w celu spełnienia norm przeciwpożarowych.
  • Powód: Obecność octan winylu który zwykle spala się mniej energicznie niż struktury aromatyczne, przyczynia się do jego niższej palności.
• Styrenowo-butadienowe (SBR) i styrenowo-akrylowe (SAE):
  • Własność nieodłączna: Polimery te, w szczególności SBR i SAE, zawierają styren składnik, węglowodór aromatyczny, który jest wysoce łatwopalny i wytwarza znaczące dym i sadza po spaleniu. Uważa się, że mają one bardzo wysoka palność i niski graniczny indeks tlenowy (LOI).
  • Wymóg FR: Ta wysoka palność oznacza, że wymagają one silniejsze i/lub wyższe obciążenia dodatków FR. Systemy pęczniejące, takie jak APP/EG są szczególnie istotne dla SAE, aby osiągnąć wysokie oceny ogniowe (np. UL-94 V-0), ponieważ skutecznie generują zwęglenie w celu odizolowania wysoce łatwopalnego materiału podstawowego.
• PVAC (polioctan winylu) i czyste akryle:
  • Własność nieodłączna: Oba materiały są łatwopalne, ale czysty akryl i PVAC mają tendencję do nieodłącznej łatwopalności. między VAE a polimerami na bazie styrenu. Czyste akryle są w pełni akrylowe i wysoce węglowe, i chociaż mogą wykazywać lepszą stabilność UV niż polimery zawierające styren, nadal wymagają obróbki FR w zastosowaniach ognioodpornych. PVAC jest chemicznie podobny do części octanu winylu VAE, ale bez składnika etylenowego.
  • Wymóg FR: Łatwo reagują na powszechnie stosowane dodatki FR (ATH, MH, APP), a konkretny skład zależy w dużej mierze od wymagań przeciwpożarowych aplikacji końcowej.

Wskaźnik palności

The wskaźnik palności jest miara liczbowa który wskazuje potencjalne zagrożenie pożarowe materiału. Określa ilościowo, jak łatwo materiał może się zapalić i jego zdolność do podtrzymania spalania.

Wyższa wartość wskaźnika palności zazwyczaj odpowiada materiałowi, który łatwiej ulega zapłonowi i stwarza większe zagrożenie pożarowe.

---

Kluczowe cechy charakterystyczne

Wskaźnik palności jest wynikiem standardowych testów ogniowych i łączy w sobie wiele czynników związanych z zachowaniem materiału podczas spalania:

• Zapłon: Jak szybko materiał zapala się pod wpływem płomienia lub ciepła.
• Rozprzestrzenianie się płomienia: Jak szybko płomień rozprzestrzenia się po powierzchni materiału.
• Heat Factor/Release: Ilość ciepła generowanego podczas spalania.
• Czas spalania: Czas, przez jaki materiał pali się po usunięciu źródła zapłonu.

Należy zauważyć, że termin "wskaźnik palności" może odnosić się do różnych konkretnych norm i skal, w zależności od kraju lub zastosowania (np. przepisy budowlane, transport itp.).

---

Jak określany jest wskaźnik palności?

Wskaźnik palności materiału jest określany poprzez znormalizowane testy przeciwpożarowe protokoły. Jedna z powszechnych metod, taka jak ta określona w australijskiej normie AS 1530.2używa Test spalania pionowego i jest zwykle przeznaczony do cienkich, giętkich materiałów, takich jak tekstylia lub sarking (cienkie arkusze stosowane w budownictwie).

Metoda testowa AS 1530.2

1. Przygotowanie: Próbka materiału jest montowana pionowo na ramie.
2. Zapłon: Płomień, często pochodzący ze źródła ciepła w postaci czystego alkoholu, jest przykładany do podstawy materiału przez określony czas.
3. Pomiar: Obserwowanych i mierzonych jest kilka kryteriów:
   • Wysokość płomienia: Maksymalna wysokość osiągnięta przez płomień.
   • Czas płomienia: Czas trwania płomienia na materiale.
   • Współczynnik ciepła: Pomiar związany z wytwarzanym ciepłem.
4. Obliczenia: Numer indeksu to obliczony wynik Łącząc te kryteria, często uzyskuje się wynik w zakresie od 0 do 100, chociaż określone przepisy mogą wymagać, aby wynik był znacznie niższy, aby materiał został uznany za zgodny (np. wynik 5 lub 6).

Wskaźnik ten jest używany do oceny potencjalnego zagrożenia pożarowego materiału podczas wczesny rozwój pożaruzapewniając ilościowy sposób porównywania palności różnych materiałów.

Typowe zastosowania VAE

Dyspersje kopolimerowe octanu winylu i etylenu (VAE) są wyjątkowo użyteczne jako spoiwa w szerokiej gamie powłok i zastosowań, szczególnie tam, gdzie elastyczność, silna przyczepność do podłoży polarnych i przyjazność dla środowiska (niska zawartość LZO) to kluczowe wymagania.

Ich wszechstronność wynika z włączenia etylenu, który obniża temperaturę zeszklenia polimeru (Tg), co skutkuje miękką, elastyczną folią bez potrzeby stosowania zewnętrznych plastyfikatorów.

Oto zestawienie powłok i zastosowań, w których VAE jest najbardziej przydatna:

1. Powłoki architektoniczne (farby)

VAE jest wiodącym wyborem dla farb na bazie wody, zwłaszcza do zastosowań wewnętrznych, ze względu na doskonałe połączenie wydajności i profilu środowiskowego.

Aplikacja/Produkt	Kluczowe korzyści VAE
Farby do ścian wewnętrznych (płaskie i półpołyskowe)	Niski zapach i niska zawartość LZO: VAE jest głównym składnikiem ekologicznych i bezemisyjnych farb.
Wysokowydajne farby do wnętrz	Doskonała odporność na szorowanie: Zapewnia trwałą powłokę, która jest odporna na czyszczenie i mycie.
Tworzenie filmu w niskich temperaturach	VAE może tworzyć ciągłą, trwałą powłokę w temperaturach bliskich 0∘C bez potrzeby dodawania rozpuszczalników koalescencyjnych.
Dobra siła krycia (nieprzezroczystość)	Przyczynia się do zdolności farby do skutecznego pokrycia powierzchni, często pozwalając na redukcję dwutlenku tytanu.
Powłoki teksturowane	Zapewnia trwałość i elastyczność w przypadku grubszych, teksturowanych wykończeń.
Powłoki na ściany zewnętrzne	Dobre oferty wodoodporność i przyczepność, chociaż niektóre wysokiej klasy zastosowania zewnętrzne mogą preferować inne polimery ze względu na doskonałą odporność na promieniowanie UV.

2. Materiały budowlane i konstrukcyjne

VAE jest szeroko stosowany w postaci płynnej emulsji, a także jako Redyspergowalny proszek polimerowy (RDP)który jest mieszany z zaprawami suchymi.

Aplikacja/Produkt	Kluczowe korzyści VAE
Membrany cementowe	Elastyczność i odporność na pękanie: Poprawia elastyczność produktów na bazie cementu, pozwalając im lepiej radzić sobie z ruchem i zapobiegać pękaniu.
Kleje do płytek i fugi	Doskonała przyczepność: Zwiększa przyczepność do różnych podłoży oraz poprawia wytrzymałość i urabialność.
Zaprawy naprawcze i masy szpachlowe	Wytrzymałość na zginanie i urabialność: Poprawia wytrzymałość mechaniczną i ułatwia nakładanie materiału.
Uszczelniacze do betonu	Zapewnia wytrzymałe, elastyczne i wodoodporne folie.

3. Kleje

Naturalna polaryzacja VAE czyni go wyjątkowym spoiwem dla materiałów takich jak drewno i papier.

Aplikacja/Produkt	Kluczowe korzyści VAE
Kleje do obróbki drewna	Silna przyczepność do podłoży polarnych: Doskonałe wiązanie z drewnem, papierem i tekstyliami.
Kleje do opakowań i papieru	Duża prędkość ustawiania i dobrą przyczepność na mokro.
Kleje do podłóg	Zapewnia elastyczność i odporność na wilgoć.

4. Tekstylia i włókniny

Dyspersje VAE są stosowane jako spoiwa i wykończenia tkanin.

Aplikacja/Produkt	Kluczowe korzyści VAE
Przetwarzanie włóknin (medyczne, higieniczne)	Działa jako spoiwo konsolidujące luźne włókna, poprawiając wytrzymałość mechaniczna i elastyczność.
Druk na tekstyliach	Działa jako spoiwo pigmentowe dla trwałości koloru i odporności na pranie.
Podkład dywanowy	Służy do wiązania włókien dywanu i zapewnia trwałość.

Kluczowe zalety wydajności dyspersji VAE

Właściwości VAE, które sprawiają, że jest ona tak przydatna w tych obszarach, obejmują:

• Elastyczność i wytrzymałość: Ze względu na wewnętrzny efekt plastyfikujący monomeru etylenu, folie są bardzo elastyczne i wytrzymałe bez migracji zewnętrznych plastyfikatorów.
• Przyczepność: Wykazuje doskonałe wiązanie z szeroką gamą podłoży, w szczególności z materiałami polarnymi, takimi jak drewno, papier i beton.
• Profil środowiskowy: Na bazie wody, o słabym zapachu, pomaga formulatorom spełnić normy niskiej zawartości LZO (lotnych związków organicznych), często eliminując potrzebę stosowania środków koalescencyjnych.
• Wodoodporność: Tworzy powłokę o dobrej odporności na wodę i zasady.

Zmniejszenie lub zastąpienie zawartości ATH dyspersjami VAE

Trójwodzian glinu (ATH) jest szeroko stosowanym, niehalogenowanym środkiem zmniejszającym palność, ale istnieje kilka alternatyw, zwłaszcza gdy wymagane są wyższe temperatury przetwarzania lub gdy poszukuje się różnych mechanizmów zmniejszających palność.

Podstawowe alternatywy można podzielić na inne wodorotlenki metali, inne minerały nieorganiczne i niechlorowcowane związki organiczne.

I. Wodorotlenki metali (ten sam mechanizm, inna temperatura)

Związki te działają podobnie do ATH - rozkładają się endotermicznie, pochłaniając ciepło i uwalniając parę wodną, która chłodzi materiał i rozcieńcza łatwopalne gazy.

Alternatywa	Wzór chemiczny	Temperatura rozkładu	Kluczowa przewaga nad ATH	Aplikacje podstawowe
Wodorotlenek magnezu (MDH)	Mg(OH)2	≈300-330∘C	Wyższa stabilność termiczna: Może być stosowany w polimerach wymagających wyższych temperatur przetwarzania, takich jak polipropylen i poliamidy.	Polipropylen, poliamidy, drut i kable, termoplasty konstrukcyjne.
Hydrat tlenku glinu (boehmit)	AlOOH	≈320∘C	Wyższa stabilność termiczna: Nadaje się do konstrukcyjnych tworzyw termoplastycznych i działa jako synergetyk z fosfinianami metali.	Inżynieryjne tworzywa termoplastyczne, obwody drukowane.

Eksporter do arkuszy kalkulacyjnych

Uwaga dotycząca wodorotlenków metali: Mimo wysokiej skuteczności, zarówno ATH, jak i MDH często wymagają wysokich poziomów obciążenia polimeru, aby osiągnąć wystarczającą ognioodporność, co czasami może negatywnie wpływać na właściwości mechaniczne materiału.

II. Inne nieorganiczne i mineralne środki zmniejszające palność

Opcje te często działają jako tłumiki dymu, zwęglenia lub synergetyki.

• Boran cynku (ZnB)
  • Mechanizm: Wielofunkcyjny, działający zarówno w fazie stałej, jak i gazowej. Promuje tworzenie się Stabilna, przypominająca szkło warstwa węgla i działa jako tłumik dymu i tłumik poświaty. Może również uwalniać własną wodę hydratacyjną powyżej 290∘C.
  • Użycie: Często stosowany w połączeniu z innymi środkami zmniejszającymi palność (w tym ATH i MDH) w celu uzyskania efektu synergii lub jako zamiennik trójtlenku antymonu (synergetyk halogenowy).
• Grafit ekspandowalny (EG)
  • Mechanizm: Jest to pęczniejący materiał. Po wystawieniu na działanie ciepła znacznie się rozszerza, tworząc izolacyjną warstwę węgla, która chroni leżący pod spodem polimer przed ciepłem i tlenem.
  • Użycie: Skuteczny w zmniejszaniu zagrożenia pożarowego, często stosowany synergicznie z innymi niehalogenowymi środkami zmniejszającymi palność, takimi jak ATH lub czerwony fosfor.

III. Niehalogenowane organiczne i chemiczne środki zmniejszające palność

Systemy te często działają poprzez tworzenie izolującej warstwy węgla (pęcznienie) lub zakłócanie chemii spalania.

• Związki na bazie fosforu
  • Przykłady: Czerwony fosfor (RP), polifosforan amonu (APP) i różne fosforany organiczne.
  • Mechanizm: Są one przede wszystkim aktywne w fazie stałej poprzez promowanie tworzenia się warstwa char na powierzchni polimeru, który działa jako bariera dla ciepła i tlenu. Niektóre formy mogą również uwalniać lotne związki fosforu w celu zmiatania wolnych rodników w płomieniu (faza gazowa).
• Związki na bazie azotu
  • Przykłady: Melamina, cyjanuran melaminy (MCA), dicyjanodiamid (DICY).
  • Mechanizm: Po podgrzaniu często uwalniają obojętne gazy azotowe, które rozcieńczają stężenie tlenu w płomieniu. Mogą również działać w połączeniu ze związkami fosforu w systemy pęczniejące aby pomóc utworzyć znak.
• Systemy pęczniejące
  • Mechanizm: Są to złożone preparaty, które zazwyczaj zawierają źródło kwasu (np. APP), źródło węgla i środek porotwórczy. Po podgrzaniu pęcznieją, tworząc grubą, ochronną warstwę spienionego węgla.

Najlepsza alternatywa zależy całkowicie od konkretnego zastosowania, używanego polimeru, wymaganej temperatury przetwarzania oraz pożądanej odporności ogniowej i kosztów.