ประเภทของสารหน่วงการติดไฟอนินทรีย์คืออะไร?

สารหน่วงการติดไฟอนินทรีย์เป็นกลุ่มของสารหน่วงการติดไฟที่มีส่วนประกอบของแร่ธาตุที่ถูกเติมลงในวัสดุต่างๆ เช่น พลาสติก ยาง สี และสายเคเบิล สารหน่วงการติดไฟประเภทนี้ได้กลายเป็นสารทดแทนสารเคมีที่มีฮาโลเจนซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมมาแต่เดิม

ลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของสารประกอบเหล่านี้คือความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของปฏิกิริยาเมื่อสัมผัสกับไฟ สารหน่วงการติดไฟที่มีฮาโลเจนจะทำปฏิกิริยากับไฟและปล่อยสารที่เป็นอันตรายอย่างยิ่ง ในขณะที่สารหน่วงการติดไฟอนินทรีย์จะผลิตควันในปริมาณน้อยที่สุดและปล่อยเฉพาะสารที่ไม่เป็นอันตราย เช่น น้ำ นอกจากนี้ยังมีราคาไม่แพงอย่างยิ่งและจึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในระดับอุตสาหกรรมเนื่องจากข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสมัยใหม่ ซึ่งควบคุมปริมาณควันและระดับความเป็นพิษภายในอาคาร

บทความนี้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับสารหน่วงการติดไฟอนินทรีย์อธิบายวิธีการทำงาน และให้คำแนะนำในการผสมสารเหล่านี้

ในบรรดาสารหน่วงการติดไฟประเภทอนินทรีย์ทั้งหมด โลหะไฮดรอกไซด์เป็นประเภทที่ใช้มากที่สุด ซึ่งรวมถึงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ หรือที่รู้จักกันในชื่ออะลูมิเนียมไตรไฮเดรต (ATH) ในภาคอุตสาหกรรม และแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (MDH) ทั้งสองชนิดทำงานโดยการลดอุณหภูมิ แต่สามารถนำไปใช้ในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันได้ เนื่องจากไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์มีราคาค่อนข้างถูกและมาในรูปของผงผลึกสีขาว เมื่อได้รับความร้อนถึง 200°C-220°C จะเกิดปฏิกิริยาดูดความร้อน ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานจำนวนมากจากเปลวไฟที่ลุกไหม้ ในระหว่างกระบวนการนี้ จะมีการปล่อยไอน้ำออกมา ไอน้ำนี้ช่วยลดการติดไฟของก๊าซ ในขณะที่อะลูมิเนียมออกไซด์จะปกป้องวัสดุจากการติดไฟ โดยสร้างชั้นฟิล์มบางๆ บนพื้นผิว เนื่องจากมีอุณหภูมิการสลายตัวต่ำ จึงเหมาะสำหรับโพลิเมอร์ที่มีอุณหภูมิการแปรรูปต่ำ เช่น PVC, PE และยาง

MDH มีพื้นฐานมาจากแนวคิดเดียวกัน แม้ว่า MDH จะมีความเสถียรทางความร้อนสูงมาก สารประกอบจะไม่เริ่มปล่อยน้ำที่จับอยู่จนกว่าจะถึงอุณหภูมิ 340°C ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรม เช่น PP หรือไนลอน เนื่องจากมีความเสถียรทางความร้อนสูง

ทั้ง ATH และ MDH ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในฉนวนสายไฟและสายเคเบิล วัสดุก่อสร้าง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการหน่วงควันได้อย่างดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอาศัยการปลดปล่อยน้ำทางกายภาพเพื่อดับไฟ จึงจำเป็นต้องใช้ในปริมาณสูง ซึ่งมักจะคิดเป็น 50% ถึง 65% ของน้ำหนักสารประกอบทั้งหมด

เมื่อใช้วัสดุเหล่านี้ในปริมาณมาก แร่ธาตุที่ไม่ได้เคลือบจะทำให้เกิดความเข้ากันได้ต่ำ ส่งผลให้พลาสติกเปราะบาง และลดความต้านทานแรงดึงลงอย่างมาก เพื่อจัดการกับปัญหานี้ ผู้ผลิตจึงใช้เฉพาะแร่ธาตุที่เคลือบผิวเท่านั้น การใช้ไซเลนหรือกรดไขมันเป็นสารเคลือบช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้ที่ดีของสารตัวเติมกับพลาสติไซเซอร์

เมื่อไฮดรอกไซด์ของโลหะแบบธรรมดาไม่สามารถตอบสนองมาตรฐานการหน่วงไฟที่เข้มงวดได้ หรือเมื่อการใช้สารเติมแต่งเหล่านี้ในปริมาณสูงส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของวัสดุ นักเคมีได้หันไปใช้สารหน่วงไฟอนินทรีย์อื่นๆ วัสดุเหล่านี้บางครั้งสามารถทำงานได้ตามกลไกทางเคมี เช่น การเกิดถ่าน หรือทำหน้าที่เป็นตัวเสริมประสิทธิภาพ

ตรงกันข้ามกับผลการทำให้เย็นของไฮดรอกไซด์ ฟอสฟอรัสแดงและ APP ออกฤทธิ์ผ่านปฏิกิริยาควบแน่นและสร้างชั้นฉนวนโดยการกระทำทางกายภาพ เมื่อเกิดไฟ วัสดุฟอสฟอรัสเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับวัสดุโพลีเมอร์ที่เสื่อมสภาพและสร้างชั้นถ่านคาร์บอนหนาบนพื้นผิว ชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันความร้อน ป้องกันไม่ให้ออกซิเจนเข้าถึงพลาสติกที่กำลังลุกไหม้ และป้องกันการหลุดรอดของไอเชื้อเพลิงไปยังเขตเปลวไฟ APP มักใช้เป็นส่วนผสมสำหรับวัสดุที่พองตัว (วัสดุที่ขยายตัวเมื่อโดนความร้อน) ในขณะที่ฟอสฟอรัสแดงแบบห่อหุ้มด้วยไมโครเป็นสารหน่วงไฟที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์

ซิงค์บอเรตเป็นสารเติมแต่งที่มีคุณสมบัติหลากหลาย มักใช้เป็นส่วนเสริมมากกว่าสารหน่วงไฟเดี่ยว เมื่อได้รับความร้อนถึงประมาณ 290°C จะปล่อยน้ำที่อยู่ในโครงสร้างผลึกออกมา แต่พลังหลักของมันคือการส่งเสริมชั้นแก้วที่อุดมด้วยโบรอนบนพื้นผิวที่กำลังลุกไหม้ ชั้นแก้วนี้ช่วยให้ถ่านคงตัว หยุดการหยด และทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งควันได้อย่างยอดเยี่ยม มักใช้ร่วมกับโลหะไฮดรอกไซด์เพื่อปรับปรุงการควบคุมการลุกไหม้ต่อเนื่อง (afterglow) ซึ่งหมายความว่ามันจะหยุดไม่ให้วัสดุคุแดงหลังจากเปลวไฟดับลงแล้ว

พลวงสามออกไซด์ (Antimony trioxide) ไม่ได้มีคุณสมบัติหน่วงไฟที่แข็งแกร่งด้วยตัวมันเอง แต่ทำหน้าที่เป็นสารเสริมฤทธิ์ (synergist) ซึ่งหมายความว่ามันทำหน้าที่เป็นตัวขยายประสิทธิภาพของสารเติมแต่งอื่นๆ เมื่อใช้ร่วมกับสารประกอบฮาโลเจน (halogenated compounds) หรือระบบอนินทรีย์บางชนิด มันจะเกิดปฏิกิริยาในเฟสแก๊สที่ดับอนุมูลอิสระในเปลวไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ผู้ผลิตสามารถบรรลุระดับความปลอดภัยจากไฟที่สูงได้ โดยใช้สารเติมแต่งในปริมาณความเข้มข้นโดยรวมที่ต่ำลง

เมื่อทำงานกับสารเติมแต่งรองเหล่านี้, การกระจายขนาดอนุภาคเป็นตัวแปรที่สำคัญ เกรดอนุภาคละเอียด (โดยทั่วไปต่ำกว่า 2.5 ไมครอน) ให้พื้นที่ผิวที่สูงขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการหน่วงไฟได้อย่างมากและรับประกันพื้นผิวที่เรียบเนียนบนชิ้นส่วนที่ถูกอัดขึ้นรูป อย่างไรก็ตาม ผงละเอียดมากมีแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อนระหว่างการผสม การใช้อุปกรณ์ผสมแบบแรงเฉือนสูงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งเมทริกซ์โพลีเมอร์

การผสานสารหน่วงไฟอนินทรีย์เข้ากับสายการผลิตได้อย่างสำเร็จต้องอาศัยการสร้างสมดุลระหว่างมาตรฐานความปลอดภัยจากอัคคีภัย, ความสมบูรณ์ของวัสดุ, และต้นทุน

ขั้นตอนแรกสุดคือการจับคู่ความเสถียรทางความร้อนของสารหน่วงไฟกับอุณหภูมิการแปรรูปหลอมเหลวของโพลิเมอร์ของคุณ การพยายามรีดขึ้นรูปโพลิโพรพิลีนที่อุณหภูมิ 240°C โดยใช้ ATH มาตรฐานจะทำให้สารเติมแต่งสลายตัวภายในกระบอกอัดรีด ทำให้แบทช์เสียไปกับฟองไอน้ำที่ติดอยู่ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความร้อนสูง ต้องระบุเกรด MDH หรือซิงค์บอเรตที่ทนความร้อนได้ถึง 300°C ในทางกลับกัน สำหรับปลอกสายเคเบิล PVC ที่ต้องการอุณหภูมิต่ำ ATH ที่คุ้มค่ามีประสิทธิภาพสูง

ข้อจำกัดหลักในการใช้สารหน่วงไฟจากแร่ธาตุคือปริมาณที่ต้องเติมจำนวนมากเพื่อให้เป็นไปตามเกณฑ์ที่เข้มงวด เช่น มาตรฐานการทดสอบ UL 94 V-0 การเติมผงแร่ 60% ในรูปแบบดิบให้กับสารประกอบโพลิเมอร์ส่งผลให้มีความหนืดหลอมเหลวสูง นำไปสู่ความต้องการแรงดันสูงในระหว่างการผลิต และการยืดตัวที่จุดขาดต่ำในผลิตภัณฑ์ ความท้าทายนี้สามารถเอาชนะได้โดยใช้วิธีการใดวิธีหนึ่งต่อไปนี้สามวิธี:

เคล็ดลับการใช้งานจริง: เมื่อใช้สารเสริมประสิทธิภาพสูง เช่น SF-600 ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสารเติมแต่งได้รับการผสมล่วงหน้ากับสารเสริมอื่นๆ อย่างทั่วถึงก่อนที่จะผสมกับเรซิน สิ่งนี้จะช่วยให้กระจายตัวสม่ำเสมอและรักษาคุณสมบัติหน่วงไฟที่เสถียรทั่วทั้งชุดผลิตภัณฑ์

แม้จะมีความยากลำบากทั้งหมดที่กล่าวมา สารประกอบอนินทรีย์ก็มีคุณค่าอย่างยิ่งเมื่อนำไปใช้ในการผลิตวัสดุต่างๆ ในปริมาณมาก เช่น แผ่นผนัง วัสดุส่วนประกอบรถยนต์ หรือสายเคเบิลระบบขนส่ง ทำให้ต้นทุนวัสดุมีความเสถียรค่อนข้างมาก และช่วยป้องกันผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจากการถูกห้ามใช้ที่อาจเกี่ยวข้องกับสารฮาโลเจน เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องทดสอบสูตรของคุณในปริมาณน้อยๆ เสมอ และปรับแรงบิดในการอัดรีดและคุณสมบัติทางกลล่วงหน้า

สารหน่วงการติดไฟอนินทรีย์เป็นวิธีการที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่งในการทำให้ผลิตภัณฑ์ทนไฟได้มากขึ้น ด้วยความช่วยเหลือจากปรากฏการณ์ธรรมชาติที่หลากหลาย เช่น การดูดซับความร้อนแบบคายความร้อน การเจือจางด้วยไอน้ำ และการสร้างชั้นป้องกัน วัสดุเหล่านี้จึงให้การปกป้องผลิตภัณฑ์โดยไม่ต้องใช้ฮาโลเจน ผู้ผลิตโพลีเมอร์ควรเลือกส่วนผสมของตนอย่างระมัดระวังเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยและสามารถแข่งขันได้

เมทริกซ์และกระบวนการผลิตแต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน โปรดติดต่อ ทีมเทคนิคของเราได้เลยวันนี้สำหรับเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์, คำสั่งซื้อตัวอย่าง, หรือการพัฒนาสูตรพิเศษสำหรับผลิตภัณฑ์ของคุณ