Anvendelse af halogenfri flammehæmning i fiberarmerede polyethylen folierBilag A Beskrivelse af benyttede flammehæmmede additiver og tekniske dataAmmoniumpolyfosfat, (NH4PO3)n (APP) Ammoniumpolyfosfat er et uorganisk salt af polyfosforsyre og ammoniak. De benyttede typer APP har kædelængder højere end 1000 og har derfor lav opløselighed i vand. Ammoniumpolyfosfat influerer primært på reaktioner, der foregår i den kondenserede fase. Når APP udsættes for varme (>200o C), dekomponerer det til polymer fosforsyre, fosforoxid og ammoniak, som reagerer med hydrokarbonfragmenter fra polymeren og danner et højtsmeltende forkullet lag i grænsefladen mellem polymeren og varmekilden. Polyethylen undergår termisk degradering ved tilfældig kædeklipning på hovedkæden (fri radikal) under dannelse af store mængder lavmolekylære fragmenter og uden at der dannes en egentlig karboniseret polymerrest. Det dannede kulstoflag (med APP) reducerer materialets brændbarhed gennem tre mekanismer: (1) En del kulstof (og hydrogen) bliver i den kondenserede fase og reducerer i dannelsen af brændbare degraderingsprodukter; (2) den lave varmeledningsevne af det forkullede lag over den eksponerede overflade virker varmeisolerende og beskytter derved den ”rene” polyethylen nedenunder; (3) det kompakte forkullede lag fungerer som en fysisk barriere mod gasformige, brændbare degraderingsprodukter og reducerer yderligere tilgang af oxygen. For at være virkningsfuld skal forkulningsprocessen designes, så den starter højere end processeringstemperaturen, men inden niveauet af polyethylendegraderingen bliver for højt (T< ~400o C; pyrolyse af LDPE starter ved 370o C, og når hurtigt sit maksimum). APP er følsomt over for temperatur og mekanisk induceret degradering, hvorfor procesparametrene skal vælges med omhu. Til gengæld er ammoniumpolyfosfat kendt for kun i mindre grad at påvirke thermoplastiske polymeres mekaniske egenskaber. De største europæiske producenter af ammoniumpolyfosfat er Clariant og Budenheim.
Magnesiumhydroxid, Mg(OH)2 Mekanismen for magnesiumhydroxids brandhæmmende og røgdæmpende virkning er kompleks. Størst betydning har den endoterme reaktion, som ved temperaturer over ~320o C danner magnesiumoxid og vand. Denne reaktion forbruger energi, fortynder brændbare gasser og opbygger et oxidlag som beskytter polymeren mod energi- og oxygenindtrængning. Som røgdæmper virker magnesiumhydroxid dels ved at fortynde brændende gasser med vanddamp, dels ved fysisk absorption på grund af oxidlaget. Ulempen ved brug af magnesiumhydroxid i denne applikation er, at det skal tilsættes i så store mængder (40-60 %) for at klare kravene i de specificerede standarder (DIN 4102-B1), at det vil forringe de mekaniske egenskaber og besværliggøre produktionen af presenningerne.
Aluminiumoxidhydroxid, Boehmite, (AlOOH) Boehmite er et stabilt termodynamisk intermediat fra den termiske omdannelse fra aluminiumhydroxid til aluminium. Produktet dekomponerer ved temperaturer > 280o C og virker som flammehæmmer og røgdæmper på samme måde som magnesiumhydroxid - dog er boehmite ikke helt så virkningsfuld. Tilsætning af boehmite burde ikke påvirke polyethylens mekaniske egenskaber lige så kraftigt som magnesiumhydroxid og dette additiv kan derfor godt ses som et eventuelt alternativ eller supplement til magnesiumhydroxid. Aluminiumoxidhydroxid er desuden lidt billigere end magnesiumhydroxid. Der er testet to forskellige grades af boehmite, som indeholder forskellige mængder af aluminiumoxidhydroxid og magnesiumhydroxid.
N-alkoxy hindrede aminer (NOR) Hindrede aminer er kendt for deres evne som UV- og varmestabilisatorer. Funktionaliserede hindrede aminer har desuden vist sig at have gode flammehæmmende egenskaber i tynde polyolefin-produkter ved lave tilsætninger - ned til 1 % (W/W). NOR additivet kan benyttes alene eller i synergistisk kombination med bromholdige flammehæmmere som erstatning for eksempelvis antimontrioxid. Termolyse af NOR hindrede aminer kan følge to forskellige reaktionsveje.
Varmeinduceret nedbrydning af NOR hindrede aminer kan føre til dannelse af enten alkyl og nitroxylradikaler eller alkoxy og aminylradikaler. Det relative forhold mellem disse to reaktioner er afhængig af den kemiske udgangsstruktur af NOR aminoetheren. Aminyl- og alkoxyradikalerne er meget reaktive, og det er muligt, at de kan være involveret i fri radikal kemiske reaktioner under forbrændingsprocessen. Effekten af aminylradikalerne i polyolefiner ved højere temperaturer er endnu ikke kortlagt, mens effekten af alkoxy radikalerne er velkendt. Alkoxy radikalerne fremmer enten kædeklipning eller krydsbindingsreaktioner i polyolefiner afhængigt af polymertypen. Alkoxyradikaler fremmer kædeklipning af polypropylen, men vil i de fleste tilfælde fremme krydsbinding eller kædeforlængelse af polyethylen. Disse reaktioner vil efterfølgende reducere mængden af varme, der ledes tilbage til polymersubstratet fra flammen og øge flammehæmningseffektiviteten. Fra producenten (Ciba Speciality Chemicals) oplyses det, at en polyolefin film ved 0,5-1,5 % tilsætning kan flammehæmmes i overensstemmelse med DIN 4102-B2. Additivet smelteforarbejdes og vil derfor have mindre tendens til at influere på polymerens mekaniske egenskaber. Flamestab NOR 116 er dels blevet testet i pulverform leveret af Ciba Speciality Chemicals, og som masterbatch (Cesa-Flam) leveret af Clariant.
Huntit / hydromagnesit Alternativt til magnesiumhydroxid og boehmite findes der naturligt forekommende mineraler som huntit Mg3Ca(CO3)4 og hydromagnesit Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O, som dekomponerer ved endoterme reaktioner. Disse mineraler kan benyttes enkeltvis eller med fordel i kombination med hinanden, hvor blandingen i tilfælde af brand degraderer ved ~250° C og frigiver vand. Additiverne kan benyttes som erstatning for ATH på grund af den højere varmestabilitet. Partiklerne har pladeformet struktur og et højt forhold af partikelstørrelser mindre end 1μm. Securoc D er fremstillet af Incemin AG ved processering af huntit, og er et blend af huntit og hydromagnesit.
Nano-kompositer Montmorillonit. Koblingsmidler
|
