| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Anvendelse af halogenfri flammehæmning i fiberarmerede polyethylen folier

2 Valg af halogenfri flammehæmmere

En forbrænding kan simpelt forklares på følgende måde: Antændelse af polymeren resulterer i dannelse af flygtige forbrændingsprodukter. Når disse produkter brænder, afgiver de varme. Flammens varmeenergi ledes derefter tilbage til polymeren og opretholder derved forbrændingsprocessen.
Brandsikkerheden af polymermaterialer kan derfor forbedres ved at øge antændelsesmodstanden, reducere flammespredningenshastigheden samt reducere mængden af gift og røgholdige produkter, helst samtidigt. De praktiske måder, hvorpå produktets brandhæmning kan øges, er: Brug af mere varmestabile polymere, kemisk binding af flammehæmmende grupper til polymeren eller tilsætning af flammehæmmende additiver. Dette projekt har fokuseret på sidstnævnte løsning. Dette skyldes, at tilsætningen af additiver ofte er den billigste løsning, og at forarbejdningen kan ske på det eksisterende produktionsudstyr.

Halogenholdige flammehæmmere – dvs flammehæmmere som indeholder klor (Cl) og brom (Br) - virker ved at hindre radikal kædemekanismer i gasfasen. Høj-energi radikaler, der dannes ved reaktion med oxygen under opvarmning af polymeren, fjernes af den halogenholdige flammehæmmer, hvorved den exoterme (varmeafgivende) reaktion stoppes. Derved afkøles produktet, og dannelsen af brændbare gasser reduceres eller ophører helt.

De halogenholdige flammehæmmere indvirker kemisk på brandprocessen, mens de halogenfri flammehæmmers (NOR undtaget, se bilag A) virkemåde i højere grad er fysisk. Fysisk hæmning af forbrændingsprocessen kan forgå ved:

Køling:Endoterme (varmeforbrugende) processer der virker ved at additiverne køler polymersubstratet til en temperatur, der er lavere end hvad der kræves, for at forbrændingsprocessen kan forløbe.

Dannelse af beskyttende lag (coatning): Det faste brændbare materiale kan afskærmes fra gasfasen med et fast eller gasformigt beskyttende lag. Opvarmningen af den kondenserede fase reduceres, og mindre mængder pyrolysegas dannes, samtidigt med at oxygen, som er nødvendig for at forbrændingsprocessen kan forløbe, ekskluderes.

Fortynding: Polymeren tilsættes inerte substanser og additiver, som udvikler inerte gasser ved dekomposition og fortynder ”brændstoffet” i faststof og i gasfasen, så antændelsesgrænsen af gasblandingen ikke overskrides.

De halogenfri flammehæmmende additiver, der er benyttet i dette projekt har en lavere brandhæmmende effekt pr. vægtenhed end de halogenholdige flammehæmmere, som forsøges erstattet. Dette betyder at de skal tilsættes i større mængder for at have samme virkning. Da disse additiver derfor tilsættes i mængder, der vil influere på proceskonditioner og mekaniske egenskaber af slutproduktet, stilles der større krav til optimering af formuleringer og proceskonditioner. De flammehæmmere, der er blevet testet i dette projekt, er udvalgte efter følgende kriterier:

• Brandkrav skal overholdes.
• Lav røggas korrosivitet ⇒ reducerer skader på installationer og bygninger.
• Lav røggas densitet ⇒ øger flugttiden.
• Effektivitet, lav dosering ⇒ mindre indflydelse på mekaniske egenskaber.
• Inkorporering / kompatibilitet i polyester matricen ⇒ bedre procesbetingelser, migrerer ikke.
• Gode genbrugsmuligheder.
• God lysstabilitet (UV) og modstandsdygtighed over for ældning og hydrolyse.
• Skal kunne fremstilles på eksisterende procesudstyr.
• Produktions- og materialeomkostninger skal holdes på et realistisk niveau for at sikre kommerciel levedygtighed.

De brandsikre presenninger som Icopal fremstiller, skal klare kravene i DIN 4102 klasse B1. Det er målet, at den halogenfri flammehæmning skal kunne efterleve samme standard.

Udfra disse kriterier blev det vurderet, at ammoniumpolyfosfat, magnesiumhydroxid, aluminiumoxidhydroxid, N-alkoxy hindret aminer (NOR), huntit/hydromagnesit, og nano-kompositter (montmorillonite) kunne være mulige additiver. En kort beskrivelse af den flammehæmmende virkemåde og udvalgte tekniske data for benyttede additiver kan ses i bilag A.

Inden for de enkelte additiv grupper blev de foretrukne typer udvalgt dels udfra deres flammehæmmende virkning i LDPE, dels udfra at de skulle passe til fremstilling i Icopal Plasitc Membranes produktion.

2.1 Udvalgte flammehæmmende additiver

Følgende typer halogenfri additivers flammehæmmende virkning er blevet afprøvet:

Ammoniumpolyfosfat: Exolit AP 750 fra Clariant. Budit 3118 F og Budit 3127 fra Budenheim.

Magnesiumhydroxid: Zerogen 50 fra Huber. Magnifin H3, Magnifin H5 og Magnifin H5GV fra Martinswerk.

Aluminiumoxidhydroxid : Apymag AOH 820 og Apymag AOH 850 fra Nabaltec.

N-alkoxy hindret aminer (NOR): Flamestab NOR 116 fra Ciba Specialty Chemicals.

Httnit/hydromagnesit: Securoc D.

Nano-kompositter: Closite 15 A og Closite 20 A fra Southern Clay Products.

Exolit AP 750 i masterbatch (Hostaflam VNF 70035) og Flamestab NOR 116 i masterbatch (Cesaflam PEZ 101329 Q) blev leveret af Clariant.

2.2 Udvalgte basispolymerer

Der er benyttet forskellige basispolymerer. Udgangspunkt et taget i en LDPE, med et smelteindeks på 0,3 g/10 min. fra Borealis. Der er desuden benyttet en plastomer (m-LLDPE) fra Dow Chemicals med et smelteindeks på 0,3 for at kompensere for forringelse af de mekaniske egenskaber ved tilsættelse af de flammehæmmende additiver. En EVA co-polymer med et VA (vinylacetat) indhold på 4,5 % og et smelteindeks på ~0,3 g/10min fra Exxon er blevet afprøvet for at have en bedre flammehæmmet basis polymer. En EVA copolymer med et VA indhold på 28 % fra Polimeri Europa er ligeledes blevet benyttet som additiv for at få en højere varmestabilitet af polymermatricen. EVA dekomponerer i modsætning til LDPE (ét trin) ved en to trins mekanisme, med et tab af eddikesyre i trin ét, hvorved der dannes umættede polyener. Det andet dekompositions trin involverer tilfældige kædebrud af det tilbageværende materiale, hvor der dannes umættede gas varianter som buten og ethylen. Under varmedegraderingen krydsbindes EVA ved en autokatalytisk reaktion, som fører til dannelse af en beskyttende skal. EVAs flammehæmmende egenskaber er proportionale med vinylacetatindholdet.

2.3 Koblingsmidler

Polymer-partikel kompositternes fysiske egenskaber bestemmes i høj grad af morfologiske faktorer, som partikelstørrelse, partikelvolumen fraktion, partikelstørrelsesfordeling og den rumlige partikelfordeling.

En vigtig faktor, der bestemmer de fysiske egenskaber af polymer-partikel kompositter, er graden af gensidig påvirkning mellem polymeren og partiklerne. Den gensidige påvirkning kan modificeres enten ved at overfladebehandle (coate) partiklerne eller ved at tilsætte et koblingsmiddel. Dette vil øge grænsefladeadhæsionen mellem partikler og polymer og derved forbedre filmenes mekaniske egenskaber. Et koblingsmiddel defineres generelt som et additiv der kemisk binder partiklerne til polymermaterialet, mens en coating generelt er kompatibel, men ikke reaktiv med matrixpolymeren.

I dette projekt er der blevet afprøvet to additiver, der begge er co-polymerer med reaktive funktionelle endegrupper (maleinsyreanhydrid). Disse additiver forbedrer de flammehæmmende partiklers adhæsion til polymeren, forbedrer dispergering af partiklerne og mindsker tendensen for agglomeratdannelse. Dette vil give bedre mekaniske egenskaber og forbedre slutproduktets karakteristika med hensyn flammehæmning og lysstabilitet. De pågældende additiver er også blevet brugt som ’kompatibiliser’ mellem polymer matricen og organiske additiver for at nedsætte grænsefladespændingen og dermed øge adhæsionen.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |