استخدام مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور في البولي بروبيلين

تُعدّ مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور نوعًا من مثبطات اللهب عالية الكفاءة والموثوقية والشائعة الاستخدام، والتي حظيت باهتمام كبير من الباحثين. وقد تحققت إنجازات ملحوظة في تصنيعها وتطبيقها.

1. استخدام مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور في البولي بروبيلين

تُعدّ الخصائص الفيزيائية للبولي بروبيلين (PP) ذات أهمية بالغة في تطبيقاته الصناعية. مع ذلك، فإن مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) الخاص به لا يتجاوز 17.5%، مما يجعله شديد الاشتعال وسريع الاحتراق. وتتأثر قيمة مواد البولي بروبيلين في التطبيقات الصناعية بكلٍ من مقاومتها للاشتعال وخصائصها الفيزيائية. وفي السنوات الأخيرة، برزت تقنيات التغليف الدقيق وتعديل السطح كأهم الاتجاهات في مجال مواد البولي بروبيلين المقاومة للاشتعال.

مثال 1: تم تطبيق بولي فوسفات الأمونيوم (APP) المُعدَّل بعامل اقتران السيلان (KH-550) ومحلول راتنج السيليكون في الإيثانول على مواد البولي بروبيلين (PP). عندما بلغت النسبة الكتلية لـ APP المُعدَّل 22%، ارتفع مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) للمادة إلى 30.5%، بينما حققت خصائصها الميكانيكية المتطلبات وتفوقت على مواد البولي بروبيلين المُثبِّطة للهب باستخدام APP غير المُعدَّل.

مثال ٢: تم تغليف البوليمر APP بغلاف مكون من الميلامين (MEL) وزيت السيليكون الهيدروكسيلي وراتنج الفورمالديهايد باستخدام البلمرة الموضعية. ثم دُمجت الكبسولات الدقيقة مع البنتاإريثريتول وطُبقت على مواد البولي بروبيلين لتحسين مقاومتها للاشتعال. أظهرت المادة مقاومة ممتازة للاشتعال، حيث بلغت قيمة مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) ٣٢٪ وحصلت على تصنيف UL94 V-0 في اختبار الاحتراق الرأسي. حتى بعد معالجتها بالماء الساخن، احتفظ المركب بمقاومة جيدة للاشتعال وخصائص ميكانيكية ممتازة.

مثال 3: تم تعديل مادة APP بتغليفها بهيدروكسيد الألومنيوم (ATH)، ثم دُمجت مادة APP المعدلة مع ثنائي بنتا إريثريتول بنسبة كتلية 2.5:1 لاستخدامها في مواد PP. عندما بلغت النسبة الكتلية الإجمالية لمثبط اللهب 25%، وصل مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) إلى 31.8%، وحقق تصنيف مقاومة اللهب V-0، وانخفض معدل ذروة إطلاق الحرارة بشكل ملحوظ.

2. استخدام مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور في البوليسترين

البوليسترين (PS) مادة شديدة الاشتعال، ويستمر احتراقها حتى بعد إزالة مصدر الاشتعال. ولمعالجة مشكلات مثل انبعاث الحرارة العالية وانتشار اللهب السريع، تلعب مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين والقائمة على الفوسفور دورًا حاسمًا في مقاومة البوليسترين للاشتعال. تشمل الطرق الشائعة لتثبيط اللهب في البوليسترين: الطلاء، والتشريب، والدهان بالفرشاة، وتثبيط اللهب في مرحلة البلمرة.

مثال 1: تم تصنيع لاصق مقاوم للهب يحتوي على الفوسفور، مُصمم خصيصًا لرغوة البوليسترين القابلة للتمدد، باستخدام طريقة سول-جل، وذلك باستخدام N-β-(أمينوإيثيل)-γ-أمينوبروبيل تريميثوكسيسيلان وحمض الفوسفوريك. وتم تحضير رغوة البوليسترين المقاومة للهب باستخدام طريقة الطلاء. عندما تجاوزت درجة الحرارة 700 درجة مئوية، شكلت رغوة البوليسترين المعالجة باللاصق طبقة متفحمة بنسبة تزيد عن 49%.

أدخل باحثون من مختلف أنحاء العالم هياكل مثبطة للهب تحتوي على الفوسفور في مركبات الفينيل أو الأكريليك، ثم قاموا ببلمرتها مع الستايرين لإنتاج بوليمرات مشتركة جديدة من الستايرين تحتوي على الفوسفور. وتشير الدراسات إلى أن هذه البوليمرات، مقارنةً بالبوليسترين النقي، تُظهر تحسناً ملحوظاً في مؤشر الأكسجين المحدود (LOI) ونسبة بقايا الفحم، مما يدل على استقرار حراري ومقاومة للهب فائقة.

مثال ٢: تم تطعيم سلسلة رئيسية من البوليسترين (PS) ببوليمر فوسفاتي هجين قليل الوحدات منتهي بمجموعة فينيل (VOPP) عبر عملية بلمرة التطعيم. أظهر البوليمر المُطعم خاصية مقاومة اللهب من خلال آلية الطور الصلب. مع زيادة محتوى VOPP، ارتفع مؤشر الأكسجين المحدود (LOI)، وانخفض معدل ذروة إطلاق الحرارة وإجمالي الحرارة المنبعثة، واختفى تقطير المصهور، مما يدل على تأثيرات مثبطة للهب ملحوظة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن ربط مثبطات اللهب غير العضوية القائمة على الفوسفور كيميائيًا مع مثبطات اللهب القائمة على الجرافيت أو النيتروجين لاستخدامها في تثبيط اللهب في البوليسترين. كما يمكن استخدام طرق الطلاء أو الدهان بالفرشاة لتطبيق مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور على البوليسترين، مما يحسن بشكل ملحوظ مؤشر الأكسجين المحدود وبقايا الفحم للمادة.

3. استخدام مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور في البولي أكريليك

البولي أميد (PA) مادة شديدة الاشتعال وتُنتج دخانًا كثيفًا أثناء احتراقها. ونظرًا لاستخدامها الواسع في المكونات والمعدات الإلكترونية، فإن خطر نشوب الحرائق يكون شديدًا للغاية. وبفضل بنية الأميد في سلسلتها الرئيسية، يمكن تثبيط اشتعال البولي أميد باستخدام طرق مختلفة، حيث أثبتت مثبطات اللهب المضافة والتفاعلية فعاليتها العالية. ومن بين مثبطات اللهب المستخدمة في البولي أميد، تُعد أملاح فوسفينات الألكيل الأكثر شيوعًا.

مثال 1: أُضيفَ إيزوبوتيل فوسفينات الألومنيوم (A-MBPa) إلى مصفوفة PA6 لتحضير مادة مركبة. خلال اختبار مقاومة اللهب، تحلل A-MBPa قبل PA6، مُشكِّلاً طبقة فحم كثيفة ومستقرة تحمي PA6. حققت المادة مؤشر أكسجين محدود (LOI) بنسبة 26.4% وتصنيف مقاومة لهب V-0.

مثال ٢: أثناء بلمرة سداسي ميثيلين ديامين وحمض الأديبيك، أُضيف ٣٪ وزناً من مثبط اللهب ثنائي (٢-كربوكسي إيثيل) ميثيل فوسفين أوكسيد (CEMPO) لإنتاج بولي أميد ٦٦ (PA66) مقاوم للهب. أظهرت الدراسات أن بولي أميد ٦٦ المقاوم للهب يتمتع بمقاومة فائقة للهب مقارنةً ببولي أميد ٦٦ التقليدي، مع مؤشر أكسجين محدود (LOI) أعلى بكثير. كشف تحليل طبقة الفحم أن سطح الفحم الكثيف لبولي أميد ٦٦ المقاوم للهب يحتوي على مسامات بأحجام متفاوتة، مما ساعد على عزل انتقال الحرارة والغاز، مُظهراً أداءً ملحوظاً في مقاومة اللهب.

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