Когато формулирате -забавящи горенето полимери, определяне на подходящото ниво на натоварване заМагнезиев хидроксидсе превръща в критична точка за вземане на решение. Опитът в промишлеността показва, че повечето полиолефинови съединения изискват 40-60% тегловно съдържание, за да постигнат рейтинги за пожарна безопасност UL 94 V-0, въпреки че този диапазон варира значително в зависимост от полимерната матрица, морфологията на частиците, повърхностната обработка и специфичните изисквания за ефективност. Разбирането на тези променливи помага на инженерите да балансират противопожарната безопасност със запазването на механичните свойства и ефективността на обработката.
Разбиране на ролята на магнезиевия хидроксид в полимерите
Науката зад забавянето на горенето
Различните забавители на горенето действат по различни начини и Mg(OH)₂ има много добър ендотермичен път на разграждане. Когато влезе в контакт с температури над 340 градуса по време на горене, той се разпада термично, освобождавайки водни пари и същевременно създавайки защитен слой от магнезиев оксид. Освободените водни пари поглъщат много топлинна енергия и разреждат запалими газове, което спира разпространението на огъня. Тъй като може да върши две неща наведнъж, този механизъм е много полезен в ситуации, в които устойчивостта на пламък и потискането на дима са важни.
Минерални срещу химически методи за производство
Промишленият пазар се доставя от два отделни производствени маршрута, които имат различни характеристики на производителност. Минералният магнезиев хидроксид идва от находища на естествена бруситна руда и се смила и повърхността му се променя, за да се получи правилното разпределение на размера на частиците. Тази материална форма, която често се нарича „брусит на прах“, е по-евтина за големи-обемни употреби, където много малките размери на частиците не са толкова важни.
Химическият магнезиев хидроксид е заместител, който се прави в лаборатория, използвайки процеси на контролирано утаяване и саламура или бишофит като суровини. Този метод на производство създава две различни форми: шестоъгълна плоча-като кристали с правилна геометрична структура и смлени версии, които са направени чрез механична обработка. Пътят на химичния синтез дава по-добри нива на чистота (повече от 99%), по-добър контрол върху размера на частиците и по-равномерно представяне от партида на партида. Тези характеристики стават много важни при работа с промишлени пластмаси, които трябва да се разлагат по предвидим начин при високи температури и имат малко примеси, които биха могли да спрат катализаторите на полимеризация да работят.
Индустриален спектър на приложение
Това съединение е полезно в много различни бизнес сфери, не само за предпазване на пластмасите от запалване. Препоръчва се от инженерите по околна среда за неутрализиране на отпадъчни води поради неговите алкални свойства, които безопасно променят нивата на pH без добавяне на натриево замърсяване. Използва се в системи за десулфуризация на димни газове в електроцентрали, за да се отърве от емисиите на серен диоксид от изгорелите газове. Професионалните фермери го добавят към магнезиевия тор, за да компенсират почвите, които нямат достатъчно от това важно хранително вещество за растенията. Тази широка гама от приложения показва колко технически гъвкавМагнезиев хидроксиде в това, което на пръв поглед изглежда много различни области.
Типични нива на натоварване на магнезиев хидроксид в полимери
Полиолефиновите системи изискват значителни концентрации
Силно запалимата въглеводородна структура на полипропиленовите и полиетиленовите матрици ги прави трудни за формулиране. За да изпълнят строгите стандарти за устойчивост на пламък, необходими за използване на проводници в сгради, производителите на кабели, които произвеждат материали без -дим и халогени-, обикновено добавят 50–65% от теглото. Забавителят на горенето преминава от проста добавка към основната част от композитния материал при тези високи количества.
Еластомерните формули използват умерени диапазони
Повечето термопластични еластомери и гъвкави PVC приложения работят добре с нива на натоварване от 35 до 50 процента. По-малките нужди идват от факта, че тези полимери са по-малко склонни да се запалят от твърдите полиолефини. Това по-ниско натоварване е добро за компании, които произвеждат гъвкава кабелна изолация или уплътняващи части, защото помага да се запазят свойствата на гъвкавост и удължение, които са важни за крайната употреба.
Критични променливи, влияещи върху изискванията за дозиране
Освен вида на полимера, има и други научни фактори, които влияят на най-добрия процент. Основният фактор е разпределението на размера на частиците. Материали със стойности на D50 под 2 микрометра са по-добри при блокиране на пламъци, което може да означава, че трябва да се зареди 10-15% по-малко материал, като същевременно се осигурява същото ниво на противопожарна защита. Промяната на повърхността на полимера с помощта на силанови свързващи агенти, стеаринова киселина или титанатни химикали значително подобрява взаимодействието между полимера и пълнителя, позволявайки по-добро разпределение и запазване на механичните свойства дори при високи нива на пълнене. Подходът на формулировката се основава на класификацията на целевия пожар. Например, за да получите класификация UL 94 V-0, сумите трябва да са много по-високи, отколкото за класификация V-2. Оборудването за обработка също поставя практически ограничения, тъй като съединения с повече от 60% съдържание на пълнител са трудни за смесване и завъртане от конвенционалните двушнекови екструдери.
Примери за-приложение от реалния свят
Производителите на кабели за европейския строителен пазар правят материали за полипропиленови обвивки с 55–60% Mg(OH)₂, така че да отговарят както на ограниченията за димни емисии EN 50267, така и на стандартите IEC 60332 за разпространение на пламък. Тези формулировки показват, че регулаторните рамки имат пряк ефект върху техническите спецификации. Производителите на покривни мембрани, които използват термопластични полиолефинови системи, обикновено казват, че концентрацията трябва да бъде между 40 и 45%. Това е така, защото той балансира пожароустойчивостта с устойчивостта на атмосферни влияния и механичната издръжливост, необходими за двадесет-годишни гаранции. Загрижеността относно пожарната безопасност доведе до скорошни промени в строителните норми на много места, а бизнесът с алуминиеви композитни панели разчита на полиетиленови сърцевини, които са 50 до 55 процента устойчиви на пламък.
Сравнителен анализ: магнезиев хидроксид срещу други забавители на горенето в полимери
Предимства пред алуминиев хидроксид
Алуминиевият трихидрат (ATH) е по-популярен на някои пазари, защото е по-евтин, ноМагнезиев хидроксид(Mg(OH)₂) има уникални технически предимства, поради които си струва да се посочи в трудни ситуации. Когато работите с промишлени пластмаси като полиамид или високо{1}}температурен полиетилен, които се нуждаят от температури на екструдера над 220 градуса, по-високата температура на разлагане (340 градуса спрямо . 200 градуса за ATH) е много важна. Този прозорец за термична стабилност спира системата от алуминиев хидроксид от прекалено бързо разпадане по време на смесване и производство на части. Това поддържа дефектите в обработката и корозията на оборудването, които се случват, когато системите с алуминиев хидроксид се нагряват над техните граници.
Друга важна разлика е колко добре се потиска димът. Сравнителните тестове с техниката на димна камера NBS многократно показват, че базираните на магнезий -системи произвеждат 15–25% по-малка плътност на дима в редица полимерни матрици. Това предимство идва от по-добрата способност на слоя магнезиев оксид да улавя и замразява въглеродните продукти от горенето, които иначе биха образували дим, който можете да видите.
Сравнение с алтернативни магнезиеви съединения
Някои формулатори смятат, че вместо това може да се използва магнезиев оксид, но това не отчита факта, че двете вещества работят по много различни начини за спиране на пожари. MgO няма ендотермично отделяне на вода, което е необходимо за абсорбиране на топлина по време на горене. В някои ситуации магнезиевият карбонат е също толкова алкален, но се разгражда при по-ниски температури и отделя въглероден диоксид вместо водна пара, което го прави по-малко ефективен при охлаждане. Магнезиевият цитрат и други органични магнезиеви соли понякога се използват в специални формулировки, но те не са достатъчно стабилни при високи температури или достатъчно евтини за индустриални полимерни приложения, които се използват в големи количества.
Прахообразна форма срещу течни дисперсии
В почти всички полимерни приложения се използват твърди прахове, които са или сухи-смесени, или смесени директно в смолни матрици. Новите изобретения направиха възможни течните дисперсионни продукти. Тези продукти имат малки частици, които остават суспендирани в пластификаторни носители, което трябва да направи разпределението по-равномерно. Вместо да бъдат полезни за редовно термопластично смесване, тези течни системи работят най-добре за обработка на пластизол и някои задачи за покритие. Видовете прах продължават да са водещи на пазара, защото са по-лесни за обработка, не струват толкова много за доставка и работят със стандартно оборудване за обработка, което вече се използва в цялата индустрия.
Съображения за доставка на магнезиев хидроксид в полимери
Изборът на степен съответства на изискванията за кандидатстване
Когато става въпрос за приемливи профили на примеси, консистенция на размера на частиците и нужди от документи, промишлените спецификации са много различни от стандартите за фармацевтични или-хранителни продукти. Техническите мениджъри, които отговарят за производството на -забавящи горенето съединения, трябва да се съсредоточат върху производството на промишлени класове, които отговарят на нуждите на обработката на полимери, вместо да харчат повече за нива на фармацевтична чистота, които не помагат в тези ситуации.Магнезиев хидроксидсъдържание (обикновено 95–99%), нива на влага под 0,5% и контролирани концентрации на тежки метали, които няма да объркат катализаторите на полимеризацията или да променят цвета на крайните продукти, са едни от най-важните фактори за спецификация.
Критерии за оценка на доставчиците
Когато проверявате възможни доставчици, три важни неща трябва да бъдат внимателно разгледани. Постоянността на доставките е пряко повлияна от производствения капацитет и сигурността на източниците на суровини. Например, производителите на минерали трябва да покажат, че имат безопасен достъп до запасите от бруситна руда, а производителите на химикали трябва да поддържат разнообразни договорености за изходна суровина за саламура или морска вода. Има разлика между доставчиците на стоки и стратегическите партньори, които помагат за оптимизиране на формулите въз основа на техния капацитет за технически иновации. Потърсете доставчици, които имат лаборатории за разработка на приложения с инструменти за смесване и тестване, които могат да подпомогнат усилията ви за разработка на продукти. Системите за управление на качеството, като тези, които са сертифицирани по ISO 9001, използват статистически контрол на процеса и имат методи за тестване на партиди, които проверяват спецификациите преди изпращане, трябва да бъдат внимателно прегледани.
Стратегически подходи за обществени поръчки
Чрез зададени ограничения на MOQ, консолидирането на обема с по-малко доставчици обикновено води до по-добри цени. Това обаче трябва да се претегли спрямо опасенията относно уязвимостта на веригата за доставки. Екипите за доставки с много опит често използват двойни-стратегии за снабдяване. При тези стратегии 70% от обема минава през основен доставчик, който предлага най-добрите цени, докато квалифициран резервен източник запазва способността да се справя с изходящия обем, когато има проблеми с първичния източник. Годишните разговори по договора, които включват начини за промяна на цените въз основа на индексите на суровините, помагат да се предпазят разходите от покачване и намаляване и поддържат бюджетите стабилни. Като поискате -проби преди изпращане от всяка производствена партида, особено когато получавате стоки на минерална- основа от различни източници, където рудата може да има различни свойства, можете да избегнете стандартно отклонение, което може да спре производството.
Оптимизиране на полимерни състави с магнезиев хидроксид
Запазване на механичните свойства при високи натоварвания
Добавянето на 50–60% изкуствен пълнител винаги ще промени механичните характеристики, така че е необходима внимателна подготвителна работа, за да се поддържат нивата на свойствата на добро ниво. Изборът и количеството на свързващия агент са много важни. Третирането със силан при 1-2% на базата на теглото на пълнителя значително подобрява свързването между хидроксидните частици и полимерната матрица, което води до по-добра якост на опън и устойчивост на удар. Пакетите за подпомагане на обработката, които съдържат метални стеарати и полиетиленови восъци с ниско-молекулно тегло, подобряват начина, по който тече стопилката, което намалява нуждите от въртящ момент и налягане, с които оборудването за обработка трябва да се справи, когато работи със съединения с високо съдържание на пълнеж, особено тези, базирани наМагнезиев хидроксид.
Синергични адитивни системи
Когато се смесват забавители на горенето от различни химични групи, те често работят заедно, за да направят всичко по-добро, намалявайки общото натоварване, като същевременно запазват огнеустойчивостта. Съединения, които съдържат фосфор, като меламин полифосфат, работят добре с Mg(OH)₂, за да намалят хидроксидното натоварване с 10 до 15 процента. Този метод работи особено добре в ситуации, при които механичните свойства или поведението при обработка се превръщат в проблеми. Съставките от нано-глина в съотношения от 3–5% подобряват образуването на овъглен и още повече намаляват дима, действайки в допълнение към основната -забавителна функция на хидроксида.
Съответствие с околната среда и устойчивост
Халогенираните забавители на горенето все още се заменят по света поради правителствени разпоредби. Европейските правила на REACH, Калифорнийското предложение 65 и други подобни закони затрудняват използването на бромирани и хлорирани алтернативи. Това прави системите без-халогени не само по-добри, но и необходими за много приложения. Mg(OH)₂ естествено следва тези правила и поддържа програми за рециклиране на стари продукти. Това е така, защото за разлика от халогенираните системи, които правят рециклирането по-трудно, съединенията без халоген- могат да бъдат рециклирани, без да образуват вредни отпадъци. Това предимство от възможността за рециклиране става все по-важно, тъй като концепциите за кръгова икономика влияят на това как нещата се купуват и как са проектирани.
Нововъзникващи технологични разработки
Инженерството с наночастици и усъвършенстваните химикали за модифициране на повърхността все още се използват от изследователски лаборатории и нови доставчици, за да прокарат границите на производителността. Когато размерът на частиците D50 е близо до 1 микрометър, материалите имат по-добра дисперсия и по-добри механични свойства при същите нива на натоварване. Свойствата за обработка на шестоъгълни форми на плочи с проектирани аспектни съотношения са по-добри от тези на обикновени форми на частици. Тези подобрения в технологията сочат пътя към формули от следващо-поколение, които работят по-добре и може да използват по-малко материал като цяло, но в момента те не се използват широко, защото са трудни за получаване и са скъпи.
Заключение
Има много технически и бизнес фактори, които трябва да бъдат балансирани при избора на правилните нива на натоварване за Mg(OH)₂ в полимерни състави. Диапазонът на концентрация от 40–60%, който обикновено се дава за полиолефиновите системи, идва от години опит в намирането на най-добрите нива на устойчивост на пламък, механични качества, възможност за обработка и-ценова ефективност. Познаването на разликите между брусит на прах, който се получава от минерали, и брусит на прах, който е направен по химичен път, като шестоъгълни кристали и смлени форми, помага на професионалистите по доставките да напаснат свойствата на материала към нуждите на приложението.
Оказва се, че стратегическите взаимоотношения с доставчици, които предлагат еднакво качество, постоянни доставки и експертна подкрепа, са също толкова важни, колкото и изискванията към самите материали. Тъй като регулациите настояват за-безхалогенни решения и опасенията за околната среда влияят върху избора на материали, производителите могат да произвеждат -забавящи горенето съединения, които отговарят както на настоящите, така и на бъдещите индустриални стандарти, ако използват тази гъвкава добавка, особеноМагнезиев хидроксид, по правилния начин.
ЧЗВ
В1: Какъв процент на натоварване се изисква за полипропиленовите кабелни съединения?
О: Когато правят материали за полипропиленова обвивка за приложения без-дим и халоген-, производителите на кабели обикновено добавят 50 до 60 процента от теглото материали без-халоген. Този обхват на концентрация ви позволява да следвате международните правила, като IEC 60332 за разпространение на пламъка и EN 50267 за ограничения на емисиите на дим. Точният брой в този диапазон зависи от това как са разпределени частиците, колко добре е била обработена повърхността и дали са добавени синергични добавки към основната система за забавяне на горенето.
Q2: Как размерът на частиците влияе върху изискванията за натоварване?
О: Фините размери на частиците с D50 показания под 2 микрометра са по-ефективни при блокиране на пламъци, което може да означава, че са необходими 10-15% по-малко материал, отколкото при традиционните материали от 5-10 микрометра, като същевременно осигуряват същото ниво на противопожарна защита. По-малките частици дават на процесите на термично разлагане повече повърхност и по-добро разпространение в полимерната матрица. Това означава, че всяка единица от по-малки частици има по-добро забавяне на горенето.
В3: Безопасно ли е да се борави с магнезиев хидроксид по време на обработка?
О: При нормални условия на работа на работното място този материал не представлява много рискове за здравето и се счита за нет{0}}токсичен и неопасен според стандартните правила за транспортиране. Преработвателните предприятия трябва да използват методи за контрол на праха, за да предпазят работниците от вдишване на твърде много прах, докато преместват материали и ги смесват. При нагряване той не произвежда никакви вредни или корозивни странични продукти, както правят халогенираните алтернативи. Това предпазва работниците и производственото оборудване от нараняване.
Партнирайте с доверен доставчик на магнезиев хидроксид за вашите полимерни приложения
Henghao Technology Development (Hangzhou) Co., Ltd.осигурява огнеустойчиви решения за индустрията, подкрепени от повече от 20 години опит в работата с химически суровини за производители на полимери по целия свят. Нашата широка гама от продукти включва както минерален брусит на прах, така и химически произведени видове, като шестоъгълни кристали и смлени версии. Това означава, че можете точно да напаснете свойствата на материала към вашите нужди от формулировка. Конкурентното фабрично-директно ценообразуване, постоянното качество в производствените партиди и гъвкавите договорености за MOQ помагат при стратегиите за доставки, които варират от разработване на нов продукт до увеличаване на производството до големи обеми. Можете да изпратите имейл до нашия технически екип наinfo@henghaopigment.comза да говорите за вашите нужди от забавители на горенето, поискайте мостри от материала заедно с пълни технически спецификации или разберете как нашите опции за доставка отговарят на вашите цели за снабдяване.
Референции
1. Hornsby, PR, & Wang, J. (2017). „Магнезиев хидроксид като забавител на горенето за полимери: характеристики на обработка и работа.“ Journal of Fire Sciences, том. 35, брой 4, стр. 289-318.
2. Laoutid, F., Bonnaud, L., Alexander, M., Lopez-Cuesta, JM, & Dubois, P. (2019). „Нови перспективи в огнезащитните полимерни материали: от основите до нанокомпозитите.“ Материалознание и инженерство R: Доклади, том. 63, брой 3, стр. 100-125.
3. Morgan, AB, & Gilman, JW (2018). „Преглед на забавянето на горенето на полимерни материали: приложение, технология и бъдещи насоки.“ Пожар и материали, том. 37, брой 4, стр. 259-279.
4. Haurie, L., Fernández, AI, Velasco, JI, Chimenos, JM, & Espiell, F. (2016). „Термична стабилност и забавяне на пламъка на композити от полипропилен/магнезиев хидроксид.“ Journal of Applied Polymer Science, том. 103, брой 2, стр. 1075-1084.
5. Rothon, RN, & Hornsby, PR (2015). „Забавящи горенето ефекти на магнезиев хидроксид в полимерни системи.“ Разграждане и стабилност на полимера, том. 54, брой 2-3, стр. 383-385.
6. Бейер, Г. (2020). „Свойства за забавяне на горенето на EVA-нанокомпозити и подобрения чрез комбинация от нанопълнители с алуминиев трихидрат и магнезиев хидроксид.“ Пожар и материали, том. 26, брой 6, стр. 291-293.
