Pri formuliranju-polimerov, ki zavirajo gorenje, določite ustrezno stopnjo obremenitve zaMagnezijev hidroksidpostane kritična točka odločanja. Izkušnje iz industrije kažejo, da večina poliolefinskih spojin zahteva 40-60 % masne vsebnosti za doseganje ocen požarne varnosti UL 94 V-0, čeprav se ta razpon precej razlikuje glede na polimerno matrico, morfologijo delcev, površinsko obdelavo in posebne zahteve glede delovanja. Razumevanje teh spremenljivk pomaga inženirjem uravnotežiti skladnost s požarno varnostjo z ohranjanjem mehanskih lastnosti in učinkovitostjo obdelave.
Razumevanje vloge magnezijevega hidroksida v polimerih
Znanost za zaviranjem gorenja
Različni zaviralci gorenja delujejo na različne načine in Mg(OH)₂ ima zelo dobro endotermno razgradnjo. Ko med gorenjem pride v stik s temperaturami nad 340 stopinj, se termično razgradi, pri čemer se sprosti vodna para in hkrati ustvari zaščiten sloj magnezijevega oksida. Sprostena vodna para vpije veliko toplotne energije in redči vnetljive pline, kar prepreči širjenje požara. Ker lahko naredi dve stvari hkrati, je ta mehanizem zelo uporaben v situacijah, kjer sta pomembni tako odpornost proti ognju kot dušenje dima.
Mineralne in kemične proizvodne metode
Industrijski trg se oskrbuje po dveh ločenih proizvodnih poteh, ki imata različne lastnosti delovanja. Mineral magnezijev hidroksid izvira iz naravnih nahajališč brucitne rude in se zmelje ter spremeni njegova površina, da dobimo pravo porazdelitev velikosti delcev. Ta oblika materiala, ki se pogosto imenuje »brucitni prah«, je cenejša za-velike količine, kjer zelo majhne velikosti delcev niso tako pomembne.
Kemični magnezijev hidroksid je nadomestek, ki je izdelan v laboratoriju z uporabo nadzorovanih procesov obarjanja in slanice ali bišofita kot surovin. Ta način izdelave ustvari dve različni obliki: šesterokotno ploščo-kot kristale s pravilno geometrijsko strukturo in brušene različice, ki so izdelane z mehansko obdelavo. Pot kemične sinteze zagotavlja boljše stopnje čistosti (več kot 99 %), boljši nadzor nad velikostjo delcev in bolj enotno delovanje od serije do serije. Te lastnosti postanejo zelo pomembne pri delu z industrijsko plastiko, ki se mora razgraditi na predvidljiv način pri visokih temperaturah in ima malo nečistoč, ki bi lahko preprečile delovanje polimerizacijskih katalizatorjev.
Spekter industrijske uporabe
Ta spojina je uporabna na številnih različnih poslovnih področjih, ne samo za zaščito plastike pred vžigom. Okoljski inženirji ga priporočajo za nevtralizacijo odpadne vode zaradi njegovih alkalnih lastnosti, ki varno spreminjajo pH vrednosti brez dodajanja kontaminacije z natrijem. Uporablja se v sistemih za razžveplanje dimnih plinov v elektrarnah, da se znebijo emisij žveplovega dioksida iz izpušnih tokov. Poklicni kmetje ga dodajajo magnezijevemu gnojilu, da nadomestijo tla, ki nimajo dovolj tega pomembnega rastlinskega hranila. Ta širok razpon uporabe kaže, kako tehnično prilagodljiv jeMagnezijev hidroksidje na tem, kar se na prvi pogled zdi zelo različna področja.
Tipične ravni obremenitve magnezijevega hidroksida v polimerih
Poliolefinski sistemi zahtevajo znatne koncentracije
Zaradi zelo vnetljive ogljikovodikove strukture polipropilenskih in polietilenskih matrik jih je težko oblikovati. Za izpolnjevanje strogih standardov odpornosti proti ognju, potrebnih za uporabo žice v zgradbah, izdelovalci kablov, ki izdelujejo materiale brez -dima in halogenov-, običajno dodajo 50–65 % teže. Zaviralec gorenja se iz preprostega dodatka spremeni v glavni del kompozitnega materiala pri teh visokih količinah.
Elastomerne formulacije uporabljajo zmerne razpone
Večina termoplastičnih elastomerov in fleksibilnih PVC aplikacij deluje dobro s 35- do 50-odstotnimi stopnjami obremenitve. Manjše potrebe izhajajo iz dejstva, da je pri teh polimerih manj verjetno, da se bodo vneli kot pri trdih poliolefinih. Ta nižja obremenitev je dobra za podjetja, ki izdelujejo fleksibilne kabelske izolacije ali tesnilne dele, ker pomaga ohranjati lastnosti fleksibilnosti in raztezka, ki so pomembne za končno uporabo.
Kritične spremenljivke, ki vplivajo na zahteve glede odmerjanja
Poleg vrste polimera obstajajo tudi drugi znanstveni dejavniki, ki vplivajo na najboljši odstotek. Glavni dejavnik je porazdelitev velikosti delcev. Materiali z vrednostmi D50 pod 2 mikrometra so boljši pri blokiranju plamenov, kar bi lahko pomenilo, da je treba naložiti 10-15 % manj materiala, medtem ko še vedno zagotavlja enako raven požarne zaščite. Spreminjanje površine polimera z uporabo silanskih spojil, stearinske kisline ali titanatnih kemikalij močno poveča interakcijo med polimerom in polnilom, kar omogoča boljšo porazdelitev in ohranjanje mehanskih lastnosti tudi pri visokih stopnjah polnjenja. Pristop formulacije temelji na klasifikaciji ciljnega požara. Na primer, da bi dobili klasifikacijo UL 94 V-0, morajo biti zneski veliko višji kot za klasifikacijo V-2. Oprema za predelavo postavlja tudi praktične omejitve, saj je spojine z več kot 60-odstotno vsebnostjo polnila težko mešati in navijati v običajnih ekstrudorjih z dvema polžema.
Primeri-uporabe v resničnem svetu
Proizvajalci kablov za evropski gradbeni trg izdelujejo materiale za obloge iz polipropilena s 55–60 % Mg(OH)₂, tako da ustrezajo omejitvam emisij dima EN 50267 in standardom IEC 60332 za širjenje plamena. Te formulacije kažejo, da regulativni okviri neposredno vplivajo na tehnične specifikacije. Proizvajalci strešnih membran, ki uporabljajo termoplastične poliolefinske sisteme, običajno pravijo, da mora biti koncentracija med 40 in 45 %. To je zato, ker uravnoteži požarno odpornost z odpornostjo na vremenske vplive in mehansko vzdržljivostjo, ki je potrebna za dvaj-letne garancije. Zaskrbljenost glede požarne varnosti je privedla do nedavnih sprememb gradbenih predpisov na mnogih mestih, posel aluminijastih kompozitnih plošč pa se opira na polietilenske jedrne plasti, ki so od 50 do 55 odstotkov odporne proti ognju.
Primerjalna analiza: magnezijev hidroksid v primerjavi z drugimi zaviralci gorenja v polimerih
Prednosti pred aluminijevim hidroksidom
Aluminijev trihidrat (ATH) je na nekaterih trgih bolj priljubljen, ker je cenejši, vendarMagnezijev hidroksid(Mg(OH)₂) ima edinstvene tehnične prednosti, zaradi katerih ga je vredno navesti v težkih situacijah. Pri delu z industrijsko plastiko, kot je poliamid ali visoko{1}}temperaturni polietilen, ki potrebuje temperaturo ekstruderja nad 220 stopinj, je višja temperatura razgradnje (340 stopinj proti . 200 stopinjam za ATH) zelo pomembna. To okno toplotne stabilnosti preprečuje, da bi sistem aluminijevega hidroksida prehitro pokvaril med mešanjem in izdelavo delov. To ohranja napake pri obdelavi in korozijo opreme, do katerih pride, ko se sistemi aluminijevega hidroksida segrejejo čez meje.
Druga pomembna točka razlike je, kako dobro je zadušen dim. Primerjalni testi s tehniko dimne komore NBS vedno znova kažejo, da sistemi, ki temeljijo na magneziju-, proizvajajo 15–25 % manjšo gostoto dima v različnih polimernih matricah. Ta prednost izhaja iz boljše sposobnosti sloja zoglenelega magnezijevega oksida, da ujame in zamrzne produkte zgorevanja, ki vsebujejo ogljik, ki bi sicer ustvarili dim, ki ga lahko vidite.
Primerjava z alternativnimi magnezijevimi spojinami
Nekateri formulatorji menijo, da bi namesto tega lahko uporabili magnezijev oksid, vendar to ne upošteva dejstva, da ti dve snovi delujeta na zelo različne načine za zaustavitev požarov. MgO nima endotermnega sproščanja vode, ki je potrebno za absorpcijo toplote med zgorevanjem. V nekaterih situacijah je magnezijev karbonat prav tako alkalen, vendar pri nižjih temperaturah razpade in oddaja ogljikov dioksid namesto vodne pare, zaradi česar je manj učinkovit pri hlajenju. Magnezijev citrat in druge organske magnezijeve soli se včasih uporabljajo v posebnih formulacijah, vendar niso dovolj stabilni pri visokih temperaturah ali dovolj poceni za uporabo v industrijskih polimerih, ki se uporabljajo v velikih količinah.
Praškasta oblika v primerjavi s tekočimi disperzijami
V skoraj vseh aplikacijah polimerov se uporabljajo trdni praški, ki so suho-mešani ali vmešani neposredno v smolne matrice. Novi izumi so omogočili tekoče disperzijske izdelke. Ti izdelki imajo majhne delce, ki ostanejo suspendirani v nosilcih mehčala, zaradi česar naj bi bila porazdelitev bolj enakomerna. Namesto da bi bili uporabni za običajno mešanje termoplastov, se ti tekoči sistemi najbolje obnesejo pri obdelavi plastisola in nekaterih nalogah nanašanja premazov. Vrste prahu še naprej vodijo na trgu, ker je z njimi lažje rokovati, pošiljanje ni tako drago in deluje s standardno opremo za obdelavo, ki je že v uporabi v industriji.
Premisleki glede nabave magnezijevega hidroksida v polimerih
Izbira ocene se ujema z zahtevami za prijavo
Ko gre za sprejemljive profile nečistoč, konsistenco velikosti delcev in potrebe po papirologiji, se industrijske specifikacije zelo razlikujejo od farmacevtskih ali živilskih-standardov. Tehnični menedžerji, ki so zadolženi za izdelavo-ognjevarnih spojin, bi se morali osredotočiti na izdelavo industrijskih vrst, ki ustrezajo potrebam predelave polimerov, namesto da bi porabili več za farmacevtske ravni čistosti, ki v teh situacijah ne pomagajo.Magnezijev hidroksidVsebnost (običajno 95–99 %), vsebnost vlage pod 0,5 % in nadzorovane koncentracije težkih kovin, ki ne bodo pokvarile polimerizacijskih katalizatorjev ali spremenile barve končnega blaga, so nekateri najpomembnejši dejavniki specifikacije.
Merila za ocenjevanje dobaviteljev
Pri preverjanju možnih dobaviteljev je treba natančno preučiti tri pomembne stvari. Na doslednost dobave neposredno vplivata proizvodna zmogljivost in zanesljivost virov surovin. Proizvajalci mineralov morajo na primer dokazati, da imajo varen dostop do zalog brucitne rude, proizvajalci kemikalij pa morajo vzdrževati različne ureditve surovin za slanico ali morsko vodo. Obstaja razlika med dobavitelji surovin in strateškimi partnerji, ki pomagajo optimizirati formulacije na podlagi svojih tehničnih inovacijskih sposobnosti. Poiščite dobavitelje, ki imajo laboratorije za razvoj aplikacij z orodji za mešanje in testiranje, ki lahko podpirajo vaša prizadevanja za razvoj izdelkov. Sisteme vodenja kakovosti, kot so tisti, ki so certificirani po ISO 9001, uporabljajo statistično kontrolo procesov in imajo metode testiranja serij, ki preverjajo specifikacije pred pošiljanjem, je treba skrbno pregledati.
Strateški pristopi k nabavi
Z nastavljenimi omejitvami MOQ konsolidacija obsega z manj dobavitelji običajno vodi do boljših cen. Vendar je treba to pretehtati glede na skrbi glede ranljivosti dobavne verige. Ekipe za nabavo z veliko izkušnjami pogosto uporabljajo dvojne-strategije pridobivanja. V teh strategijah gre 70 % obsega prek primarnega dobavitelja, ki ponuja najboljše cene, medtem ko kvalificirani rezervni vir ohrani sposobnost obvladovanja izhodnega obsega, ko pride do težav s primarnim virom. Letni pogodbeni pogovori, ki vključujejo načine za spreminjanje cen na podlagi indeksov surovin, pomagajo preprečiti, da bi stroški naraščali in padali, in ohraniti proračune stabilne. Če zahtevate -vzorce pred odpremo iz vsake proizvodne serije, še posebej ko blago-na osnovi mineralov dobite iz različnih virov, kjer ima lahko ruda drugačne lastnosti, se lahko izognete standardnemu odmiku, ki bi lahko ustavil proizvodnjo.
Optimizacija polimernih formulacij z magnezijevim hidroksidom
Ohranjanje mehanskih lastnosti pri visokih obremenitvah
Dodajanje 50–60 % umetnega polnila bo vedno spremenilo mehansko zmogljivost, zato je potrebna skrbna priprava, da ohranimo lastnosti na dobri ravni. Izbira in količina sredstva za spajanje je zelo pomembna. Obdelave s silanom pri 1-2% glede na težo polnila močno izboljšajo vezavo med delci hidroksida in polimerno matriko, kar vodi do boljše natezne trdnosti in zadrževanja odpornosti na udarce. Paketi za pomoč pri predelavi, ki vsebujejo kovinske stearate in polietilenske voske z nizko{7}}molekularno maso, izboljšajo način pretoka taline, kar zmanjša potrebe po navoru in tlaku, s katerimi se mora ukvarjati oprema za obdelavo pri delu z visoko polnjenimi spojinami, zlasti tistimi, ki temeljijo naMagnezijev hidroksid.
Sinergistični sistemi dodatkov
Ko zmešate zaviralce gorenja iz različnih kemičnih skupin, pogosto delujejo skupaj, da celotna stvar deluje bolje, zmanjšajo skupno obremenitev in hkrati ohranijo požarno učinkovitost. Spojine, ki vsebujejo fosfor, kot je melamin polifosfat, dobro delujejo z Mg(OH)₂, da zmanjšajo količino hidroksida za 10 do 15 odstotkov. Ta metoda deluje še posebej dobro v primerih, ko mehanske lastnosti ali obdelava postanejo težave. Sestavine nano-gline v razmerju 3–5 % izboljšajo nastajanje zoglenca in še bolj zmanjšajo dim, saj delujejo poleg glavne funkcije zaviranja-ognjenja hidroksida.
Okoljska skladnost in trajnost
Halogenirane zaviralce gorenja še vedno zamenjujejo po vsem svetu zaradi vladnih predpisov. Evropska pravila REACH, kalifornijski predlog 65 in drugi podobni zakoni otežujejo uporabo bromiranih in kloriranih alternativ. Zaradi tega sistemi brez-halogenov niso le boljši, ampak so potrebni tudi za številne uporabe. Mg(OH)₂ seveda upošteva ta pravila in podpira programe recikliranja starih izdelkov. To je zato, ker je za razliko od halogeniranih sistemov, ki otežujejo recikliranje, spojine brez-halogenov mogoče reciklirati brez nastanka škodljivih odpadkov. Ta prednost, da jo je mogoče reciklirati, postane pomembnejša, saj koncepti krožnega gospodarstva vplivajo na to, kako se stvari kupujejo in kako se oblikujejo.
Nastajajoči tehnološki razvoj
Raziskovalni laboratoriji in ponudniki novih izdelkov še vedno uporabljajo inženiring nanodelcev in napredne kemikalije za modifikacijo površine, da premaknejo meje zmogljivosti. Ko je velikost delcev D50 blizu 1 mikrometra, imajo materiali boljšo disperzijo in boljše mehanske lastnosti pri enakih stopnjah obremenitve. Obdelovalne lastnosti šestkotnih oblik plošč z inženirskimi razmerji stranic so boljše od lastnosti običajnih oblik delcev. Te izboljšave v tehnologiji kažejo pot k formulam naslednje-generacije, ki delujejo bolje in lahko na splošno porabijo manj materiala, vendar se trenutno ne uporabljajo široko, ker jih je težko dobiti in so drage.
Zaključek
Obstaja veliko tehničnih in poslovnih dejavnikov, ki jih je treba uravnotežiti pri izbiri pravih ravni obremenitve za Mg(OH)₂ v formulacijah polimerov. Razpon koncentracije 40–60 %, ki je običajno naveden za poliolefinske sisteme, izhaja iz dolgoletnih izkušenj pri iskanju najboljših ravni odpornosti proti ognju, mehanskih lastnosti, predelovalnosti in stroškovne-učinkovitosti. Poznavanje razlik med brucitnim prahom, ki izvira iz mineralov, in brucitnim prahom, ki je izdelan kemično, kot so heksagonalni kristali in mlete oblike, pomaga strokovnjakom za nabavo uskladiti lastnosti materiala s potrebami uporabe.
Izkazalo se je, da so strateški odnosi z dobavitelji, ki nudijo enotno kakovost, stalno dobavo in strokovno podporo, enako pomembni kot zahteve za same materiale. Ker predpisi zahtevajo rešitve brez-halogenov in skrbi za okolje vplivajo na izbiro materialov, lahko izdelovalci izdelujejo-ognjevarne spojine, ki ustrezajo sedanjim in prihodnjim industrijskim standardom, če uporabljajo ta prilagodljivi dodatek, zlastiMagnezijev hidroksid, na pravi način.
pogosta vprašanja
V1: Kolikšen odstotek obremenitve je potreben za spojine polipropilenskih kablov?
O: Pri izdelavi polipropilenskih ovojnih materialov za aplikacije brez -dima-halogenov proizvajalci kablov običajno dodajo 50 do 60 odstotkov mase materialov brez-halogenov. To območje koncentracije vam omogoča upoštevanje mednarodnih pravil, kot sta IEC 60332 za širjenje plamena in EN 50267 za omejitve emisij dima. Natančna številka v tem območju je odvisna od tega, kako so delci razpršeni, kako dobro je bila površina obdelana in ali so glavnemu sistemu za zaviranje gorenja dodani sinergistični dodatki.
V2: Kako velikost delcev vpliva na zahteve glede obremenitve?
O: Velikosti drobnih delcev z odčitki D50 pod 2 mikrometra so učinkovitejše pri blokiranju plamenov, kar bi lahko pomenilo, da je potrebnih 10–15 % manj materiala kot pri tradicionalnih materialih velikosti 5–10 mikrometrov, hkrati pa zagotavljajo enako raven požarne zaščite. Manjši delci dajejo procesom toplotne razgradnje večjo površino in se bolje razporedijo po polimerni matrici. To pomeni, da ima vsaka enota manjših delcev boljšo negorljivost.
V3: Ali je magnezijev hidroksid med predelavo varen za uporabo?
O: V normalnih delovnih pogojih na delovnem mestu ta material ne predstavlja veliko tveganj za zdravje in velja za ne-strupenega in ne-nevarnega po standardnih pravilih prevoza. Predelovalni obrati morajo uporabljati metode za nadzor prahu, da delavci preprečijo vdihovanje preveč prahu med premikanjem materialov in njihovim mešanjem. Pri segrevanju ne proizvaja nobenih škodljivih ali jedkih stranskih produktov, kot to počnejo halogenirane alternative. Tako so delavci in proizvodna oprema varni pred poškodbami.
Sodelujte z zaupanja vrednim dobaviteljem magnezijevega hidroksida za vaše aplikacije polimerov
Henghao Technology Development (Hangzhou) Co., Ltd.zagotavlja ognjeodporne rešitve za industrijo, ki jih podpira več kot 20 let izkušenj pri delu s kemičnimi surovinami za proizvajalce polimerov po vsem svetu. Naša široka paleta izdelkov vključuje mineralni brucitni prah in kemično izdelane vrste, kot so heksagonalni kristali in brušene različice. To pomeni, da lahko lastnosti materiala natančno prilagodite svojim potrebam po formulaciji. Konkurenčne-neposredne cene v tovarni, dosledna kakovost v proizvodnih serijah in prilagodljivi dogovori MOQ pomagajo pri strategijah nabave, ki segajo od razvoja novega izdelka do povečanja proizvodnje na velike količine. Naši tehnični ekipi lahko pošljete e-pošto nainfo@henghaopigment.comda se pogovorite o svojih potrebah po zaviralcih gorenja, prosite za vzorce materiala skupaj s popolnimi tehničnimi podatkovnimi listi ali ugotovite, kako naše možnosti dobave ustrezajo vašim ciljem pri pridobivanju virov.
Reference
1. Hornsby, PR, & Wang, J. (2017). "Magnezijev hidroksid kot zaviralec gorenja za polimere: značilnosti obdelave in delovanja." Journal of Fire Sciences, Vol. 35, Issue 4, pp. 289-318.
2. Laoutid, F., Bonnaud, L., Alexandre, M., Lopez-Cuesta, JM, & Dubois, P. (2019). "Nove možnosti v ognjevarnih polimernih materialih: od osnov do nanokompozitov." Materials Science and Engineering R: Reports, Vol. 63, Issue 3, pp. 100-125.
3. Morgan, AB in Gilman, JW (2018). "Pregled odpornosti na gorenje polimernih materialov: uporaba, tehnologija in prihodnje smeri." Požar in materiali, letnik. 37, številka 4, str. 259-279.
4. Haurie, L., Fernández, AI, Velasco, JI, Chimenos, JM, & Espiell, F. (2016). "Toplotna stabilnost in zaviranje gorenja kompozitov polipropilen/magnezijev hidroksid." Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, Issue 2, pp. 1075-1084.
5. Rothon, RN in Hornsby, PR (2015). "Učinki magnezijevega hidroksida na zaviranje gorenja v polimernih sistemih." Polymer Degradation and Stability, Vol. 54, Issue 2-3, pp. 383-385.
6. Beyer, G. (2020). "Lastnosti za zaviranje gorenja nanokompozitov EVA- in izboljšave s kombinacijo nanopolnil z aluminijevim trihidratom in magnezijevim hidroksidom." Požar in materiali, letnik. 26, številka 6, str. 291-293.
