無機難燃剤の種類とは？

無機難燃剤は、プラスチック、ゴム、塗料、ケーブルなどの材料に添加された鉱物を含む難燃剤の一種です。これらのタイプの難燃剤は、業界で伝統的に使用されているハロゲン含有化学物質の代替品として登場しました。

これらの化合物の最も顕著な側面は、火災に接触した際の反応の環境に優しい性質です。ハロゲン含有難燃剤は火災と反応して非常に有害な物質を放出しますが、無機難燃剤は最小限の煙しか発生せず、水などの無害な物質のみを放出します。また、非常に安価であるため、現代の安全要件により、工業規模で広く使用されています。これらの要件は、屋内の煙の量と毒性レベルを規制しています。

この記事では、さまざまな無機難燃剤について詳しく説明し、それらがどのように機能するかを説明し、それらを配合するためのアドバイスを提供します。

無機難燃剤の種類の中で、金属水酸化物が最も広く使用されています。これには、産業分野で水酸化アルミニウム、または三水和アルミナ（ATH）としても知られるものや、水酸化マグネシウム（MDH）が含まれます。どちらも冷却によって機能しますが、高温に耐えられないため、異なる製造プロセスで適用できます。

水酸化アルミニウムは比較的安価で、白色の結晶性粉末として供給されます。200℃～220℃に加熱されると吸熱反応を起こし、燃焼する炎から多くのエネルギーを奪います。この過程で水蒸気を放出します。この水蒸気はガスの可燃性を低下させるのに役立ち、酸化アルミニウムは表面に薄い膜を作成することで材料が燃え移るのを防ぎます。分解温度が低いため、PVC、PE、ゴムなどの低加工温度のポリマーに適しています。

MDHは同じ概念に基づいていますが、MDHは非常に高い熱安定性を示します。このコンパウンドは、340℃の温度に達するまで結合水の放出を開始しません。したがって、高い熱安定性を持つPPやナイロンなどのエンジニアリング熱可塑性プラスチックでの使用に最適です。

ATH（水酸化アルミニウム）とMDH（水酸化マグネシウム）は、優れた難燃性により、電線・ケーブルの絶縁材、建材、電子機器に広く使用されています。しかし、火災時に物理的な水の放出に頼るため、高い添加量が必要となり、しばしばコンパウンド全体の重量の50%から65%を占めます。

これらの材料を高濃度で使用すると、コーティングされていない鉱物が低い適合性を生み出し、プラスチックが脆くなり、引張強度が著しく低下します。この問題に対処するために、メーカーは表面コーティングされた鉱物のみを使用します。シランまたは脂肪酸をコーティング剤として適用することは、充填材と可塑剤の良好な適合性を確保するのに役立ちます。

単純な金属水酸化物が厳しい防火基準を満たせない場合や、これらの添加剤の使用量が多いことで材料の性能が損なわれる場合、化学者は他の無機難燃剤に目を向けてきました。このような材料は、チャーリングのような化学的メカニズムに従って機能したり、性能向上剤として機能したりすることがあります。

水酸化物の冷却効果とは対照的に、赤リンとAPPは縮合反応を通じて影響を及ぼし、物理的に作用して断熱層を形成します。火災が発生すると、これらのリン系材料は劣化ポリマー材料と相互作用し、その表面に厚い炭化チャーコーティングを生成します。この層は熱バリアとして機能し、燃焼中のプラスチックへの酸素のアクセスと、炎ゾーンへの蒸気燃料の逃げを防ぎます。APPはしばしば膨張性材料（熱で膨張するもの）の成分として使用されますが、マイクロカプセル化された赤リンは電子用途に優れた難燃剤です。

亜鉛ホウ酸塩は、単独の難燃剤というよりは、サポート的な役割を果たす多機能添加剤です。約290℃に加熱されると水和水が放出されますが、その主な機能は、燃焼表面にガラス質でホウ素が豊富な層を促進することです。このガラス層はチャーを安定させ、滴下を止め、優れた煙抑制剤として機能します。しばしば水酸化金属と組み合わせて使用され、アフターグロー（消火後の材料のくすぶり）を抑制します。

三酸化アンチモンは、それ自体では強力な難燃性を持ちません。むしろ、相乗剤として機能し、他の添加剤を増幅する役割を果たします。ハロゲン化化合物や特定の無機システムと組み合わせると、ガス相反応を起こし、炎中のフリーラジカルを積極的に消滅させます。これにより、メーカーは添加剤の全体的な濃度を低く抑えながら、高い防火性能を達成することができます。

これらの二次添加剤を扱う場合、粒子径分布は重要な変数となります。微粒子グレード（通常2.5ミクロン未満）はより高い表面積を提供し、これにより難燃性能が劇的に向上し、押出成形部品の滑らかな表面仕上げが保証されます。しかし、非常に細かい粉末は混合中に自然に凝集する傾向があります。ポリマーマトリックス全体に均一に分散させるためには、高せん断混練装置の使用が必要です。

無機難燃剤を生産ラインに成功裏に統合するには、防火安全基準、材料の完全性、およびコストのバランスを取る必要があります。

最初の絶対的なステップは、難燃剤の熱安定性をポリマーの溶融加工温度に合わせることです。標準的なATHを使用して240℃でポリプロピレンプロファイルを押出成形しようとすると、添加剤が押出機バレル内で分解し、閉じ込められた水蒸気泡によってバッチが台無しになります。高温用途には、300℃まで定格されたMDHまたはホウ酸亜鉛グレードを指定する必要があります。逆に、低温PVCケーブルジャケットには、費用対効果の高いATHが非常に効果的です。

鉱物系難燃剤を使用する上での主な制限は、UL 94 V-0試験基準のような厳しい基準を満たすために添加しなければならない量が大きいことです。未加工の鉱物粉末をポリマーコンパウンドに60％添加すると、溶融粘度が高くなり、生産中の高圧要件と製品の破断伸びの低下につながります。この課題は、次の3つの方法のいずれかを利用することで克服できます。

実用的なヒント：SF-600のような高効率シナージストを使用する場合は、添加剤を樹脂と混合する前に他の補助剤と十分に予備混合してください。これにより、バッチ全体で均一な分散と安定した難燃性が保証されます。

言及されたすべての困難にもかかわらず、無機化合物は、建材パネル、自動車部品、交通システムケーブルなどのさまざまな材料の大量生産に使用される場合に非常に価値があります。材料コストを非常に安定させ、完成品がハロゲン化物質に関連する禁止措置を受ける可能性を防ぐのに役立ちます。常に小規模で処方をテストし、事前に押出トルクと機械的特性を調整することが非常に重要です。

無機難燃剤は、製品の耐火性を高めるための非常に安全で環境に優しい手段です。吸熱、蒸気希釈、保護層の形成などのさまざまな自然現象の助けを借りて、これらの材料はハロゲンを使用せずに製品を保護します。ポリマーメーカーは、安全で競争力のある製品を製造するために、成分を非常に慎重に選択する必要があります。

すべてのマトリックスと製造プロセスには、それぞれ異なる特性があります。お気軽に当社の技術チームまでお問い合わせください製品データシート、サンプル注文、または製品の特殊配合開発のために。