Fosforhoudende vlamvertragers zijn een type zeer efficiënte, betrouwbare en veelgebruikte vlamvertragers die veel aandacht van onderzoekers hebben gekregen. Er zijn opmerkelijke resultaten geboekt in hun synthese en toepassing.
1. Toepassing van fosforhoudende vlamvertragers in PP
De fysische eigenschappen van polypropyleen (PP) spelen een cruciale rol in de industriële toepassingen ervan. De zuurstofindex (LOI) is echter slechts ongeveer 17,5%, waardoor het zeer brandbaar is en snel verbrandt. De waarde van PP-materialen in industriële toepassingen wordt beïnvloed door zowel hun brandvertragende eigenschappen als hun fysische eigenschappen. De laatste jaren zijn micro-encapsulatie en oppervlaktemodificatie de belangrijkste trends geworden in brandvertragende PP-materialen.
Voorbeeld 1: Ammoniumpolyfosfaat (APP) gemodificeerd met een silaan-koppelingsmiddel (KH-550) en een siliconenhars-ethanoloplossing werd toegepast op PP-materialen. Toen het massafractiegehalte van gemodificeerd APP 22% bereikte, steeg het LOI van het materiaal tot 30,5%, terwijl de mechanische eigenschappen ook aan de eisen voldeden en beter presteerden dan vlamvertragende PP-materialen met ongemodificeerd APP.
Voorbeeld 2: APP werd ingekapseld in een omhulsel bestaande uit melamine (MEL), hydroxylsiliconenolie en formaldehydehars via in-situ polymerisatie. De microcapsules werden vervolgens gecombineerd met pentaerythritol en aangebracht op PP-materialen voor vlamvertraging. Het materiaal vertoonde uitstekende vlamvertragende eigenschappen, met een LOI van 32% en een verticale brandtestclassificatie van UL94 V-0. Zelfs na behandeling met onderdompeling in heet water behield het composiet goede vlamvertragende eigenschappen en mechanische eigenschappen.
Voorbeeld 3: APP werd gemodificeerd door het te coaten met aluminiumhydroxide (ATH), en de gemodificeerde APP werd gecombineerd met dipentaerythritol in een massaverhouding van 2,5:1 voor gebruik in PP-materialen. Toen het totale massaaandeel van het vlamvertragende middel 25% bedroeg, bereikte het LOI 31,8%, werd de vlamvertragendheidsclassificatie V-0 behaald en werd de piekwarmteafgifte aanzienlijk verminderd.
2. Toepassing van fosforhoudende vlamvertragers in PS
Polystyreen (PS) is zeer brandbaar en blijft branden nadat de ontstekingsbron is verwijderd. Om problemen zoals hoge warmteontwikkeling en snelle vlamverspreiding aan te pakken, spelen halogeenvrije, fosforhoudende vlamvertragers een cruciale rol in de brandvertraging van PS. Gangbare methoden voor brandvertraging van PS zijn onder andere coaten, impregneren, borstelen en brandvertraging tijdens de polymerisatie.
Voorbeeld 1: Een fosforhoudende vlamvertragende lijm voor expandeerbaar PS werd gesynthetiseerd via de sol-gelmethode met behulp van N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilaan en fosforzuur. Vlamvertragend PS-schuim werd bereid met behulp van een coatingmethode. Bij temperaturen boven de 700 °C vormde het met de lijm behandelde PS-schuim een verkoolde laag van meer dan 49%.
Onderzoekers wereldwijd hebben fosforhoudende vlamvertragende structuren in vinyl- of acrylverbindingen geïntroduceerd, die vervolgens worden gecopolymeriseerd met styreen om nieuwe fosforhoudende styreencopolymeren te produceren. Studies tonen aan dat fosforhoudende styreencopolymeren, vergeleken met zuiver PS, een aanzienlijk verbeterde LOI (Limit Oxygen Index) en koolstofresidu vertonen, wat wijst op een superieure thermische stabiliteit en vlamvertragende eigenschappen.
Voorbeeld 2: Een vinyl-geëindigd oligomeer fosfaat hybride macromonomeer (VOPP) werd via entcopolimerisatie op de hoofdketen van PS geënt. Het entcopolymeer vertoonde vlamvertragende eigenschappen via een vastefasemechanisme. Naarmate het VOPP-gehalte toenam, steeg het LOI, daalden de piekwarmteafgiftesnelheid en de totale warmteafgifte, en verdween het druipen van smeltmateriaal, wat significante vlamvertragende effecten aantoont.
Bovendien kunnen anorganische vlamvertragers op fosforbasis chemisch gekoppeld worden aan vlamvertragers op grafiet- of stikstofbasis voor gebruik in PS-vlamvertraging. Ook kunnen vlamvertragers op fosforbasis worden aangebracht door middel van coating of borstelen, waardoor het gloeiverlies (LOI) en het koolstofresidu van het materiaal aanzienlijk verbeteren.
3. Toepassing van fosforhoudende vlamvertragers in PA
Polyamide (PA) is zeer brandbaar en produceert aanzienlijke rook bij verbranding. Omdat PA veelvuldig wordt gebruikt in elektronische componenten en apparatuur, is het risico op brandgevaar bijzonder groot. Door de amidestructuur in de hoofdketen kan PA op verschillende manieren vlamvertragend worden gemaakt, waarbij zowel additieve als reactieve vlamvertragers zeer effectief blijken te zijn. Van de vlamvertragende PA's worden alkylfosfinaatzouten het meest gebruikt.
Voorbeeld 1: Aluminiumisobutylfosfinaat (A-MBPa) werd toegevoegd aan een PA6-matrix om een composietmateriaal te vervaardigen. Tijdens de brandvertragendheidstest ontleedde A-MBPa eerder dan PA6, waarbij een dichte en stabiele verkoolde laag ontstond die de PA6 beschermde. Het materiaal behaalde een LOI van 26,4% en een brandvertragendheidsclassificatie van V-0.
Voorbeeld 2: Tijdens de polymerisatie van hexamethylenediamine en adipinezuur werd 3 gewichtsprocent van het vlamvertragende middel bis(2-carboxyethyl)methylfosfineoxide (CEMPO) toegevoegd om vlamvertragend PA66 te produceren. Studies toonden aan dat vlamvertragend PA66 een superieure vlamvertragende werking vertoonde in vergelijking met conventioneel PA66, met een significant hogere LOI (Loss of Ignition). Analyse van de verkoolde laag onthulde dat het dichte verkoolde oppervlak van vlamvertragend PA66 poriën van verschillende groottes bevatte, die hielpen bij het isoleren van warmte- en gasoverdracht, wat een opmerkelijke vlamvertragende werking aantoonde.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Geplaatst op: 15 augustus 2025
