Bei der Auswahl flammgeschützter Kunststoffe ist es wichtig, sich ein gewisses Wissen über das Thema anzueignen.
Zunächst ist die Entscheidung über die Entflammbarkeitsklasse von grundlegender Bedeutung, und diese Wahl ist oft einfach. Der Typ des Flammschutzmittels, ein häufig übersehener Aspekt, ist jedoch ebenso wichtig.
Flammschutzmittel spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Feuerbeständigkeit von Kunststoffen, indem sie die Ausbreitung von Flammen wirksam verhindern oder verlangsamen. Die Wahl des richtigen Flammschutzmittels ist nicht nur eine Frage der Sicherheit, sondern auch des Umweltschutzes und der Kosteneffektivität. Verschiedene Arten von Flammschutzmitteln wirken durch unterschiedliche Mechanismen.
Klassifizierung von Kunststoff-Flammschutzmitteln
Grob gesagt, werden Flammschutzmittel in zwei Typen eingeteilt: halogenierte und nicht-halogenierte.
Verstehen von Halogenelementen
Zunächst wollen wir uns damit beschäftigen, was Halogenelemente sind. Halogene sind die Elemente der siebten Hauptgruppe des Periodensystems, zu denen Fluor (F), Chlor (Cl), Brom (Br), Jod (I) und Astatin (At) gehören.
Diese Elemente haben eine gemeinsame Eigenschaft: Sieben Elektronen in ihrer äußersten Elektronenhülle, wodurch sie sehr reaktiv sind und leicht Verbindungen mit anderen Elementen eingehen können.
Halogene liegen in der Regel als negative Ionen vor, wie das Chlor (Cl)-Ion in Natriumchlorid (NaCl). Sie weisen eine starke Elektrophilie und oxidierende Eigenschaften in chemischen Reaktionen auf. Sie kommen in der Natur in verschiedenen Formen vor, von Salzwasser bis zu Mineralien, und werden in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, z. B. bei der Desinfektion, der pharmazeutischen Herstellung und der Kunststoffverarbeitung. Aufgrund ihrer Reaktivität haben Halogene Bedenken hinsichtlich Umwelt und Gesundheit aufgeworfen.
Es ist wichtig zu wissen, dass in Flammschutzmitteln hauptsächlich die Halogenelemente Brom (Br) und Chlor (Cl) verwendet werden, wobei Brom am häufigsten vorkommt.
Was sind halogenierte Flammschutzmittel?
Halogenierte Flammschutzmittel sind chemische Substanzen, die Halogenelemente (wie Brom [Br] und Chlor [Cl]) enthalten und zur Verbesserung der Feuerbeständigkeit von Materialien eingesetzt werden. Bei der Verbrennung unterbrechen diese Flammschutzmittel die chemische Reaktionskette von Flammen, indem sie freie Halogenradikale freisetzen. Zu den halogenierten Flammschutzmitteln gehören hauptsächlich die folgenden Kategorien:
Bromierte Flammschutzmittel:
- Die gängigsten und am häufigsten verwendeten halogenierten Flammschutzmittel.
- Dazu gehören Stoffe wie Tetrabromobisphenol A (TBBPA), Decabromdiphenylether (Deca-BDE) und Hexabromcyclododecan (HBCD).
- Anwendbar auf verschiedene Kunststoffe, elektronische Geräte, Textilien und mehr.
Chlorierte Flammschutzmittel:
- Dazu gehören chlorierte Paraffine, chloriertes Polyethylen und andere.
- Diese Flammschutzmittel werden üblicherweise in PVC und anderen chlorierten Polymeren verwendet.
Flammschutzmittel auf Brom-Chlor-Basis:
- Verbindungen, die sowohl Brom als auch Chlor enthalten.
- Beispiele sind bromierte chlorierte Alkane, bromierte chlorierte Benzole usw.
- Diese zusammengesetzten Flammschutzmittel nutzen die Synergieeffekte von Brom und Chlor, um die Flammhemmung zu verbessern.
Kombination von bromierten Verbindungen mit anderen Additiven:
- Um die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken, werden bromierte Flammschutzmittel häufig in Verbindung mit Synergisten wie Antimontrioxid (Sb2O3) eingesetzt.
- Durch diese Kombination wird die Flammwidrigkeit des Materials insgesamt verbessert.
Was sind nicht-halogenierte Flammschutzmittel?
Nicht halogenierte Flammschutzmittel sind eine Klasse von Verbindungen, die in ihrer chemischen Zusammensetzung keine Halogenelemente (wie Chlor [Cl] und Brom [Br]) enthalten. Diese Flammschutzmittel gelten im Allgemeinen als umweltfreundlicher, da sie bei der Verbrennung keine Halogenverbindungen freisetzen, die sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit schädlich sein könnten. Zu den wichtigsten Arten von nichthalogenierten Flammschutzmitteln gehören:
Flammschutzmittel auf Phosphorbasis:
- Diese Flammschutzmittel bilden bei der Verbrennung eine verkohlte Schicht, die das Material vom Sauerstoff isoliert und so die Ausbreitung der Flammen verhindert.
- Zu den gebräuchlichen phosphorbasierten Retardierungsmitteln gehören roter Phosphor, Ammoniumphosphat und Phosphate.
- Geeignet für verschiedene Kunststoffe, Fasern, Beschichtungen und Gummi.
Stickstoffbasierte Flammschutzmittel:
- Diese Flammschutzmittel wirken in der Regel, indem sie nicht brennbare Gase freisetzen oder durch chemische Reaktionen die Bildung einer stabilen Verkohlungsschicht fördern.
- Zu den gebräuchlichen Verzögerungsmitteln auf Stickstoffbasis gehören Melamin, Harnstoff-Formaldehyd-Harze usw.
- Wird häufig in Schaumstoffen, Fasern und Beschichtungen verwendet.
Anorganische Flammschutzmittel:
- Dazu gehören Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid usw. Diese Stoffe absorbieren eine beträchtliche Menge an Wärme und geben beim Erhitzen Wasserdampf ab, wodurch die Temperatur des Materials gesenkt und die Flammenausbreitung verlangsamt wird.
- Weit verbreitet in Kunststoffen, Kautschuken und Beschichtungen.
Nicht-halogenierte organische Flammschutzmittel:
- Zu dieser Kategorie gehören verschiedene organische Verbindungen, wie z. B. expandierbarer Graphit und Verbindungen auf Epoxidbasis.
- Sie reagieren bei der Verbrennung chemisch und bilden eine ausgedehnte Holzkohleschicht, die die Flammenbildung hemmt.
Flammschutzmittel auf der Grundlage der Nanotechnologie:
- Mit Hilfe der Nanotechnologie werden Materialien mit winzigen Nanopartikeln versehen, um ihre Flammfestigkeit zu erhöhen.
- Diese Nanopartikel können anorganisch sein, wie z. B. Nano-Oxide, oder organisch-anorganische Hybridmaterialien.
Die Wahl der nicht-halogenierten Flammschutzmittel hängt von der Art des Materials ab, das flammhemmend sein soll, von den Verarbeitungsbedingungen, den Anforderungen an das Endprodukt und von Überlegungen zu den Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit. Angesichts immer strengerer Umweltvorschriften und höherer Marktanforderungen an die Sicherheit entwickelt sich die Technologie der nichthalogenierten Flammschutzmittel rasch weiter.
Vergleich ihrer Vor- und Nachteile
Halogenierte und nicht halogenierte Flammschutzmittel haben jeweils ihre Stärken und Schwächen in Bezug auf die Flammhemmung, die Umweltauswirkungen und den Anwendungsbereich.
Halogenierte Flammschutzmittel
- Vorteile
- In der Regel bieten sie einen hohen Flammschutz, der die Ausbreitung von Flammen schnell unterbricht, insbesondere bei elektronischen und elektrischen Produkten.
- Sie sind kostengünstig, stabil, erfordern nur geringe Zugaben, sind mit Kunstharzen kompatibel und erhalten die ursprünglichen physikalischen und chemischen Eigenschaften der Produkte.
- Benachteiligungen
- Die Hauptbedenken sind umwelt- und gesundheitsbezogen. Diese Flammschutzmittel können bei der Verbrennung giftige halogenierte Gase und andere Schadstoffe freisetzen, die die Umwelt verschmutzen und im Laufe der Zeit die menschliche Gesundheit beeinträchtigen können. Aus diesem Grund ist ihre Verwendung in vielen Ländern und Regionen eingeschränkt oder verboten.
Nicht-halogenierte Flammschutzmittel
- Vorteile
- Umweltfreundlich. Bei ihrer Verbrennung entstehen keine giftigen halogenierten Gase, was sie zu einer sichereren und nachhaltigeren Wahl macht. Nichthalogenierte Flammschutzmittel, z. B. auf Phosphor- und Stickstoffbasis, werden häufig in Anwendungen mit höheren Umweltanforderungen eingesetzt.
- Benachteiligungen
- Ihre Flammschutzwirkung ist möglicherweise nicht so hoch wie die von halogenierten Flammschutzmitteln, und sie können teurer sein.
Bei der Wahl eines Flammschutzmittels müssen daher Faktoren wie Flammschutzwirkung, Umweltauswirkungen und Kosten umfassend berücksichtigt werden, um die am besten geeignete Lösung zu finden.
Leitfaden für die Auswahl des richtigen flammhemmenden Nylons
Vor kurzem haben wir bei der Beschaffung von flammhemmendem Nylon festgestellt, dass die Lieferanten im Allgemeinen drei Hauptoptionen anbieten: halogeniertes flammhemmendes Nylon (in der Regel bromiert), nicht halogeniertes flammhemmendes Nylon und rotes phosphorhaltiges flammhemmendes Nylon. Halogenierte und nicht halogenierte flammhemmende Nylonsorten werden häufiger verwendet, während flammhemmende Nylonsorten mit rotem Phosphor relativ wenig verbreitet sind.
Verschiedene Farben dieser Materialien
Erstens lassen sich die verschiedenen Arten von flammhemmendem Nylon durch ihre Farbe unterscheiden. Halogeniertes flammhemmendes Nylon erscheint hellgelb, während nicht-halogeniertes flammhemmendes Nylon eher weiß ist, ähnlich wie Nylon mit weißen Pigmenten. Außerdem können diese beiden Typen zu Schwarz oder anderen dunklen Farben verarbeitet werden. Rotes phosphorhaltiges flammhemmendes Nylon ist dagegen hauptsächlich in Schwarz und Braun erhältlich.
Verbrennungseigenschaften
Eine weitere Methode zur Identifizierung dieser Materialien ist das leichte Verbrennen mit einem Feuerzeug. Halogeniertes flammhemmendes Nylon erzeugt beim Verbrennen schwarzen Rauch und einen starken, irritierenden Geruch, während nicht halogeniertes flammhemmendes Nylon weniger weißen Rauch erzeugt und einen weniger intensiven Geruch hat.
Weitere Details erfordern zusätzlichen Aufwand und sind nicht immer unerlässlich.
Um ein tieferes Verständnis der spezifischen Bestandteile von Flammschutzmitteln zu erlangen, sind möglicherweise zusätzliche Anstrengungen erforderlich. Die meisten Hersteller stellen nicht ohne weiteres detaillierte Informationen zur Verfügung, da es nur wenige Arten von Flammschutzmitteln auf dem Markt gibt, die jedoch zur besseren Erinnerung und Auswahl in diese drei Kategorien unterteilt sind. Diese Flammschutzmittel werden in der Regel in körniger Form hergestellt, ähnlich wie normale Kunststoffgranulate.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es bei der Auswahl von flammhemmendem Nylon entscheidend auf die Farbe, die Brenneigenschaften und die Anwendungsszenarien ankommt. Dies bezieht sich nicht nur auf die Leistung des Produkts, sondern auch auf die Sicherheit bei der späteren Verarbeitung und Verwendung. Daher ist es wichtig, den Bedarf zu klären und sich mit den Lieferanten gründlich auszutauschen, um den am besten geeigneten Typ flammgeschützten Nylons für Ihr Projekt auszuwählen.
