Inleiding tot stikstofgebaseerde vlamvertragers voor nylon

Inleiding tot stikstofgebaseerde vlamvertragers voor nylon

Vlamvertragers op basis van stikstof worden gekenmerkt door een lage toxiciteit, niet-corrosiviteit, thermische en UV-stabiliteit, een goede vlamvertragende werking en kosteneffectiviteit. Nadelen zijn echter de verwerkingsproblemen en de slechte dispersie in de polymeermatrix. Veelgebruikte stikstofhoudende vlamvertragers voor nylon zijn onder andere MCA (melaminecyanuraat), melamine en MPP (melaminepolyfosfaat).

Het vlamvertragingsmechanisme omvat twee aspecten:

1. “Sublimatie en endotherm” Fysisch mechanisme: De vlamvertrager verlaagt de oppervlaktetemperatuur van het polymeermateriaal en isoleert het van de lucht door sublimatie en warmteabsorptie.
2. Katalytische carbonisatie en intumescentiemechanisme in de gecondenseerde fase: de vlamvertrager reageert met nylon en bevordert directe carbonisatie en expansie.

MCA vervult een dubbele functie in het vlamvertragingsproces: het bevordert zowel carbonisatie als schuimvorming. Het vlamvertragende mechanisme en de effectiviteit variëren afhankelijk van het type nylon. Studies naar MCA en MPP in PA6 en PA66 tonen aan dat deze vlamvertragers crosslinking in PA66 veroorzaken, maar degradatie in PA6 bevorderen, wat resulteert in betere vlamvertragende prestaties in PA66 dan in PA6.

1. Melaminecyanuraat (MCA)

MCA wordt gesynthetiseerd uit melamine en cyanuurzuur in water, waarbij een waterstofgebonden adduct ontstaat. Het is een uitstekende halogeenvrije, laag-toxische en rookarme vlamvertrager die veel wordt gebruikt in nylonpolymeren. Traditioneel MCA heeft echter een hoog smeltpunt (ontleedt en sublimeert boven 400 °C) en kan alleen in vaste deeltjesvorm met harsen worden gemengd, wat leidt tot een ongelijkmatige dispersie en een grote deeltjesgrootte, wat de vlamvertragende werking negatief beïnvloedt. Bovendien functioneert MCA voornamelijk in de gasfase, wat resulteert in een lage verkolingsvorming en losse, niet-beschermende koolstoflagen tijdens de verbranding.

Om deze problemen aan te pakken, is moleculaire composiettechnologie ingezet om MCA te modificeren door de toevoeging van een complementair vlamvertragend additief (WEX). Dit verlaagt het smeltpunt van MCA, waardoor co-smelten en ultrafijne dispersie met PA6 mogelijk wordt. WEX verbetert ook de koolvorming tijdens de verbranding, waardoor de kwaliteit van de koolstoflaag verbetert en het vlamvertragende effect van MCA in de gecondenseerde fase wordt versterkt. Dit resulteert in vlamvertragende materialen met uitstekende prestaties.

2. Opzwellende vlamvertrager (IFR)

IFR is een belangrijk halogeenvrij vlamvertragend systeem. De voordelen ten opzichte van gehalogeneerde vlamvertragers zijn onder andere een lage rookontwikkeling en een niet-giftige gasontwikkeling tijdens de verbranding. Bovendien kan de door IFR gevormde koolstoflaag gesmolten, brandend polymeer absorberen, waardoor druppelen en brandverspreiding worden voorkomen.

Belangrijke onderdelen van IFR zijn:

• Gasbron (melamine-gebaseerde verbindingen)
• Zuurbron (fosfor-stikstof vlamvertragers)
• Koolstofbron (nylon zelf)
• Synergetische additieven (bijv. zinkboraat, aluminiumhydroxide) en anti-druipmiddelen.

Wanneer de massaverhouding van fosfor-stikstof vlamvertragers tot melamine-gebaseerde verbindingen is:

• Minder dan 1%: Onvoldoende brandvertragende werking.
• Boven 30%: Vervluchtiging vindt plaats tijdens de verwerking.
• Tussen 1% en 30% (vooral 7% en 20%): optimale brandvertragende prestatie zonder de verwerkbaarheid te beïnvloeden.

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