Sa paghihigpit ng mga pandaigdigang regulasyon sa kapaligiran at pagpapalalim ng mga konsepto ng napapanatiling pag-unlad,walang halogen na flame retardantay naging pangunahing pagpipilian para sa pagbabago ng flame retardant ng mga materyales na polimer. Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na halogenated flame retardant, ang mga halogen-free na system ay gumagawa ng mas kaunting usok at mga corrosive na gas sa panahon ng pagkasunog, at hindi gumagawa ng nakakalason na dioxin tulad ng mga substance. Gayunpaman, ang iba't ibang mga halogen-free flame retardant tulad ng phosphorus based, nitrogen based, metal hydroxides, at expansion type ay may iba't ibang katangian sa merkado. Kung paano pumili ng siyentipiko batay sa mga materyal na sistema at mga sitwasyon ng aplikasyon ay naging isang pangunahing isyu na kinakaharap ng mga technician. Susuriin ng artikulong ito ang lohika ng pagpili ng mga halogen-free flame retardant mula sa maraming dimensyon.
Ang mga halogen free flame retardant ay pangunahing gumagana sa pamamagitan ng dalawang paraan: ang mga gas-phase na flame retardant ay nabubulok upang makabuo ng mga hindi nasusunog na gas (gaya ng nitrogen at water vapor) na nagpapalabnaw ng oxygen at mga nasusunog na gas; Ang condensed phase flame retardant ay bumubuo ng isang carbon layer sa ibabaw ng materyal, na naghihiwalay ng init at paglipat ng oxygen. Ang mga phosphorus based flame retardant (gaya ng phosphate esters at ammonium polyphosphate) ay pangunahing kumikilos sa condensed phase, habang ang nitrogen based flame retardant (gaya ng melamine at mga derivatives nito) ay higit na kumikilos sa pamamagitan ng gas phase. Ang pag-unawa sa pangunahing pagkakaiba na ito ay ang unang hakbang sa paggawa ng pagpili.
Ang isang solong flame retardant ay madalas na nabigo upang makamit ang ninanais na epekto. Ang phosphorus nitrogen synergistic system ay ang pinaka-klasikong kumbinasyon, kung saan ang ammonium polyphosphate (pinagmulan ng acid) ay ginagamit kasama ng melamine (gas source) upang bumuo ng isang siksik na pinalawak na layer ng carbon, na makabuluhang nagpapabuti sa kahusayan ng apoy. Ang mga metal hydroxide (aluminum hydroxide, magnesium hydroxide) ay nangangailangan ng isang malaking halaga ng karagdagan (karaniwang 50-60%), ngunit kung pinagsama sa isang maliit na halaga ng mga synergist tulad ng organosilicon at zinc borate, ang halaga ng karagdagan ay maaaring mabawasan at ang mga mekanikal na katangian ay maaaring mapabuti.
Ang mga polar polymer (gaya ng PA at PBT) ay may magandang compatibility sa mga polar flame retardant (gaya ng phosphorus based), at maaaring pagsamahin sa pamamagitan ng kemikal o hydrogen bond, na may pare-parehong dispersion at minimal na epekto sa mga mekanikal na katangian. Ang mga non polar polyolefins (PP, PE) ay mas angkop para sa paggamit ng surface modified metal hydroxides o microencapsulated flame retardant upang mapabuti ang interfacial bonding.
Ang thermal stability ay isang pangunahing teknikal na tagapagpahiwatig.Aluminum hydroxidenagsisimulang mabulok sa itaas ng 200 ℃, kaya hindi ito angkop para sa pagproseso ng mga plastik na engineering na may temperatura na higit sa 200 ℃. Para sa mga materyales tulad ng PBT at PA6 na may temperatura sa pagpoproseso sa pagitan ng 240-280 ℃, dapat piliin ang mataas na thermal stability na phosphorus based flame retardant (gaya ng hypophosphates) o surface coated magnesium hydroxide.
Ang mga transparent na produkto (gaya ng PC, PMMA) ay kailangang pumili ng mga flame retardant na may pagtutugma ng refractive index. Ang mga organic na silicone flame retardant ay may medyo maliit na epekto sa transparency, habang ang metal hydroxides ay maaaring magdulot ng matinding atomization. Ang kontrol sa laki ng butil ay mahalaga, at ang antas ng submicron na flame retardant dispersion ay maaaring mabawasan ang pagkalat ng liwanag sa pinakamaraming posibleng lawak.
Ang Limiting Oxygen Index (LOI) at Cone Calorimetry Test ay ang mga pangunahing pamamaraan ng pagsusuri. Kung mas mataas ang halaga ng LOI, mas mahirap sunugin ang materyal sa hangin (karaniwan ay>28% ay itinuturing na flame retardant). Ang cone calorimeter ay maaaring makakuha ng mga kinetic na parameter tulad ng peak heat release rate (pHRR) at kabuuang heat release rate (THR), ayon sa siyentipikong pagpapakita ng pagganap sa mga totoong sunog na sitwasyon.
Ang pagdaragdag ng mga flame retardant ay hindi maiiwasang makakaapekto sa mga mekanikal na katangian. Ang mga diskarte sa pagbabago sa ibabaw tulad ng silane coupling agent at titanium acid ester treatment ay maaaring mapabuti ang interfacial bonding; Ang pag-optimize ng laki ng butil (1-5 μm ang pinakamainam) at ang kontrol sa morphology (ang mala-sheet na magnesium hydroxide ay higit sa kubiko) ay maaaring mabawasan ang mga puntos ng konsentrasyon ng stress. Magmungkahi ng paggamit ng mga pang-eksperimentong disenyo tulad ng pamamaraang Taguchi upang i-optimize ang ratio ng mga flame retardant, toughening agent, at lubricant.
Ang retention rate ng flame retardancy pagkatapos ng wet heat aging (85 ℃/85% RH) at UV aging ay ang susi sa praktikal na aplikasyon. Ang ilang phosphate ester flame retardant ay nagdudulot ng panganib ng hydrolysis at nangangailangan ng microencapsulation o molecular structure modification (pagpapakilala ng mga aromatic rings) upang mapahusay ang tibay.
Ang mga layered double hydroxides (LDH), montmorillonite at iba pang nanomaterial ay maaaring makabuluhang bawasan ang rate ng paglabas ng init kapag idinagdag sa halagang 3-5%, at may maliit na epekto sa mga mekanikal na katangian, ngunit ang problema sa pagpapakalat ay kailangang malutas. Ang mga carbon nanotubes/graphene ay maaaring bumuo ng isang three-dimensional na network ng carbon layer, na isang bagong direksyon para sa mahusay na pagsugpo ng usok at pag-retardancy ng apoy.
Ang mga flame retardant na nagmula sa biomass tulad ng phytic acid, starch, at lignin ay unti-unting nagiging praktikal. Ang mga materyales na ito ay may mataas na nilalaman ng carbon, magandang katangian ng carbonization, at umaayon sa konsepto ng circular economy. Bagama't kailangan pa ring pagbutihin ang kahusayan, sinimulan nang ilapat ang mga ito sa mga larangang may napakataas na pangangailangan sa kapaligiran.
Sa pagbuo ng materyal na teknolohiya ng simulation (molecular dynamics, machine learning prediction), ang pagpili ng mga flame retardant ay lumilipat mula sa empirical trial at error patungo sa makatwirang disenyo. Sa hinaharap, ang matalinong flame retardant system na pinagsasama ang mataas na kahusayan, mababang toxicity, at maraming function (pagpigil ng usok, anti dripping, at pagpapahusay) ay magiging isang research at development focus, at ang malalim na pag-unawa sa interaksyon sa pagitan ng mga materyales, flame retardant, at mga proseso ay palaging magiging teknolohikal na pundasyon para sa paggawa ng pinakamahusay na mga pagpipilian.
