Inleiding tot stikstofhoudende vlamvertragers voor nylon
Vlamvertragers op stikstofbasis kenmerken zich 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 vlamvertragers op stikstofbasis voor nylon zijn onder andere MCA (melaminecyanuraat), melamine en MPP (melaminepolyfosfaat).
Het vlamvertragende mechanisme omvat twee aspecten:
- Fysisch mechanisme "sublimatie en endothermie": Het vlamvertragende middel verlaagt de oppervlaktetemperatuur van het polymeermateriaal en isoleert het van de lucht door middel van sublimatie en warmteabsorptie.
- Katalytische carbonisatie en zwelmechanisme in de gecondenseerde fase: Het vlamvertragende middel reageert met nylon, wat directe carbonisatie en uitzetting bevordert.
MCA vervult een dubbele functie in het vlamvertragingsproces, doordat het zowel carbonisatie als schuimvorming bevordert. 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 induceren, 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 uitstekend halogeenvrij, laagtoxisch en rookarm vlamvertragend middel dat veelvuldig wordt gebruikt in nylonpolymeren. Traditioneel MCA heeft echter een hoog smeltpunt (het ontleedt en sublimeert boven 400 °C) en kan alleen in vaste deeltjesvorm met harsen worden gemengd, wat leidt tot een ongelijkmatige dispersie en grote deeltjesgrootte, wat de vlamvertragende werking negatief beïnvloedt. Bovendien werkt MCA voornamelijk in de gasfase, wat resulteert in een lage koolstofvorming en losse, niet-beschermende koolstoflagen tijdens de verbranding.
Om deze problemen aan te pakken, is moleculaire composiettechnologie toegepast om MCA te modificeren door een complementair vlamvertragend additief (WEX) toe te voegen. Dit verlaagt het smeltpunt van MCA, waardoor co-smelten en een ultrafijne dispersie met PA6 mogelijk wordt. WEX bevordert tevens de vorming van koolstof tijdens de verbranding, waardoor de kwaliteit van de koolstoflaag verbetert en het vlamvertragende effect van MCA in de gecondenseerde fase wordt versterkt. Hierdoor ontstaan 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 de niet-giftige gasvorming tijdens de verbranding. Bovendien kan de door IFR gevormde verkoolde laag gesmolten, brandend polymeer absorberen, waardoor druipen en brandverspreiding worden voorkomen.
De belangrijkste onderdelen van IFR zijn:
- Gasbron (verbindingen op basis van melamine)
- Zuurbron (fosfor-stikstof vlamvertragers)
- Koolstofbron (nylon zelf)
- Synergetische additieven (bijv. zinkboraat, aluminiumhydroxide) en anti-druppelmiddelen.
Wanneer de massaverhouding van fosfor-stikstofvlamvertragers tot melamineverbindingen als volgt is:
- Minder dan 1%: Onvoldoende vlamvertragende werking.
- Boven de 30%: Vervluchtiging treedt op tijdens de verwerking.
- Tussen 1% en 30% (vooral 7% en 20%): optimale vlamvertragende werking zonder de verwerkbaarheid te beïnvloeden.
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Geplaatst op: 19 augustus 2025
