Exploración en profundidad de la tecnología retardante de llama ABS: selección de retardantes de llama y estrategias de aplicación

Exploración en profundidad de la tecnología retardante de llama ABS: selección de retardantes de llama y estrategias de aplicación

La resina ABS, un material polimérico elaborado a partir de la copolimerización de tres monómeros: acrilonitrilo (A), butadieno (B) y estireno (S), es un polímero termoplástico entre los plásticos de uso general y los plásticos de ingeniería. Sus propiedades únicas, como excelente resistencia al impacto, resistencia al calor, resistencia a bajas temperaturas, resistencia química, así como fácil procesamiento y moldeado y excelente brillo superficial, hacen que la resina ABS tenga una amplia gama de aplicaciones en la fabricación de automóviles, electrónica y electrodomésticos. , textiles, artículos para el hogar y materiales de construcción, y muchos otros campos. A medida que la aplicación de la resina ABS continúa expandiéndose, también aumentan los requisitos para sus propiedades retardantes de llama.

En este contexto, el debate en profundidad sobre la importancia de la tecnología retardante de llama del ABS, para comprender la forma efectiva de mejorar las propiedades retardantes de llama del ABS, así como la detección del tipo apropiado de retardante de llama, se ha convertido en el foco de atención de la industria. Este artículo le proporcionará una explicación detallada de los puntos centrales de la tecnología retardante de llama ABS.

La urgente necesidad de tecnología ABS retardante de llama

En la vida moderna y en la producción industrial, los materiales poliméricos se prefieren por sus propiedades únicas. Sin embargo, con la ampliación del ámbito de aplicación de los materiales poliméricos, la importancia de sus propiedades retardantes de llama también es cada vez más destacada. En China, el requisito de retardo de llama de los materiales poliméricos se ha vuelto cada vez más urgente.

La resina ABS, como material combustible, tiene un índice de oxígeno de sólo el 22% y arde rápidamente y produce una gran cantidad de humo. Esto no sólo representa una amenaza para la seguridad del personal, sino que también puede causar contaminación al medio ambiente. Por lo tanto, mejorar el retardo de llama de la resina ABS se ha convertido en una importante tarea de investigación. Sin embargo, cuando se utiliza resina ABS sola, sus propiedades retardantes de llama son deficientes y no pueden satisfacer las necesidades en aplicaciones prácticas. Para mejorar el efecto retardante de llama del ABS, normalmente es necesario añadir retardantes de llama. Sin embargo, vale la pena señalar que la adición de retardantes de llama tiende a afectar negativamente las propiedades físicas y mecánicas del ABS, especialmente las propiedades de impacto de los productos se reducirán significativamente. Al mismo tiempo, el precio de los retardantes de llama suele ser dos o tres veces mayor que el del ABS, lo que sin duda aumenta el coste de los productos.

Estrategias para mejorar las propiedades retardantes de llama del ABS

En respuesta a los desafíos del retardo de llama del ABS, investigadores e ingenieros han propuesto una variedad de estrategias para mejorarlo. Estas estrategias incluyen principalmente cambiar los componentes del copolímero ABS, mezclar resinas con alto contenido de retardantes de llama y agregar retardantes de llama inorgánicos y retardantes de llama orgánicos.

1. Cambio de los componentes del copolímero ABS: un método consiste en añadir transbutileno dieno o tribromoestireno como cuarto monómero y copolimerizar con estireno, butadieno y acrilonitrilo para obtener un copolímero retardante de llama de cuatro componentes. Este método tiene la ventaja de una buena resistencia al fuego y durabilidad, pero es necesario agregarlo en el proceso de polimerización del ABS, el proceso es complejo y costoso, por lo que se usa menos en aplicaciones prácticas.

2. Mezcla de resinas altamente retardantes de llama: Otro método consiste en mejorar la propiedad retardante de llama del ABS mezclando resinas altamente retardantes de llama (como PVC, CPE, etc.). Sin embargo, este método requiere la adición de una gran cantidad de resinas altamente retardantes de llama para que sea efectivo, lo que tendrá un mayor impacto en las propiedades inherentes del ABS.

3. Agregue retardantes de llama inorgánicos: Los retardantes de llama inorgánicos como el hidróxido de aluminio (Al(OH)₃), el hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂) y el trióxido de molibdeno (MoO₃) también son medios eficaces para mejorar las propiedades retardantes de llama del ABS. Sin embargo, estos retardantes de llama deben agregarse en grandes cantidades (generalmente más de 60 partes) para producir un efecto retardante de llama significativo, lo que conducirá a una disminución significativa en las propiedades mecánicas de los polímeros y el rendimiento del procesamiento, perdiendo así valor.

4. Agregue retardantes de llama orgánicos: Los retardantes de llama orgánicos, como los compuestos halógenos y los retardantes de llama de fósforo, tienen la ventaja de agregar menos y un buen efecto retardante de llama. Sin embargo, estos retardantes de llama también tienen poca resistencia a la intemperie, son caros y producen un humo negro al quemarse.

Para equilibrar el efecto retardante de llama y el costo, la mayor parte del método integral de retardante de llama después de tres aditivos, para preparar un mejor rendimiento del sistema ABS retardante de llama de bajo humo. Este enfoque, mediante una cuidadosa selección y dosificación de retardantes de llama, puede garantizar al mismo tiempo las propiedades retardantes de llama, minimizar el impacto sobre las propiedades físicas y mecánicas del ABS y controlar los costos.

Selección y aplicación de retardantes de llama ABS.

En la tecnología de retardantes de llama ABS, la selección de retardantes de llama es crucial. Según la composición química y las características de rendimiento de los retardantes de llama, se pueden dividir en dos categorías: retardantes de llama halogenados y retardantes de llama no halogenados.

Retardantes de llama halogenados

Los retardantes de llama halogenados se refieren principalmente a retardantes de llama de bromo, que tienen las ventajas de una alta eficiencia retardante de llama, dosis bajas y precio moderado. Sin embargo, algunos retardantes de llama bromados no cumplen la prohibición RoHS y son productos no respetuosos con el medio ambiente, que ahora han sido prohibidos. La siguiente es una introducción detallada a varios retardantes de llama bromados comunes:

1. Éteres de difenilo polibromados: Los retardantes de llama de éter de difenilo polibromado incluyen éter de octabromodifenilo y éter decabromodifenilo. Este tipo de retardante de llama tiene alta eficiencia, baja dosis y los productos tienen buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, ahora están prohibidos porque no cumplen con la prohibición RoHS.

2. Decabromodifeniletano (DBDPE): DBDPE es un tipo de retardante de llama de bromo sin bromo libre y no produce PBB ni PBDE cuando se quema, que están estrictamente prohibidos por la prohibición RoHS. Su coste es comparable al del éter decabromodifenilo, y la evaluación de seguridad muestra que el DBDPE es un retardante de llama no irritante y de baja toxicidad con efectos negativos sobre numerosos genes in vivo y baja toxicidad en dosis repetidas. Por lo tanto, el DBDPE se puede utilizar como alternativa a los PBDE en el tratamiento retardante de llama del ABS.

3. Retardante de llama de antimonio: El retardante de llama de antimonio es un importante sinergista retardante de llama, que puede usarse solo o en combinación. Especialmente cuando se usa junto con retardantes de llama halogenados, puede mejorar en gran medida la eficacia de los retardantes de llama halogenados. Las principales variedades son el óxido de antimonio (Sb₂O₃), el pentóxido de antimonio (Sb₂O₅) y el antimoniato de sodio (NaSbO₃-1/4H₂O).

El agente de reemplazo de trióxido de antimonio T3 desarrollado por YINSU Flame Retardant Company también puede reemplazar completamente el trióxido de antimonio y aplicarse en ABS. La cantidad añadida es 1,2 veces la del trióxido de antimonio original.

4. Resina epoxi bromada: La resina epoxi bromada es una resina epoxi sintetizada a partir de tetrabromobisfenol A. Tiene una excelente fluidez en estado fundido, alta eficiencia retardante de llama, excelente estabilidad térmica y estabilidad a la luz. Al mismo tiempo, también tiene buenas propiedades físicas y mecánicas y es un retardante de llama ABS ideal.

5. Bromotriazina: La bromotriazina es un nuevo tipo de retardante de llama con sinergia bromo/nitrógeno. Se utiliza principalmente para ABS, PBT, PC/ABS, HIPS y otros productos plásticos retardantes de llama. La bromotriazina tiene buena estabilidad térmica y propiedades eléctricas, resistencia superior a la radiación ultravioleta y resistencia a la luz, buen efecto retardante de llama y ampliamente utilizada.

Retardante de llama libre de halógenos

Con la mejora de la conciencia medioambiental y la implementación de la prohibición RoHS, los retardantes de llama sin halógenos están recibiendo gradualmente atención.

1. Hidróxido de aluminio e hidróxido de magnesio: Estos dos materiales de relleno inorgánicos se prefieren como retardantes de llama por su reducción de humo y su rentabilidad, libres de halógenos y no tóxicos.

Su principio de acción retardante de llama es similar, principalmente a través del retardante de llama de fase condensada (en condiciones de alta temperatura, hidróxido de aluminio en la superficie del material ABS para formar una capa protectora, aislamiento de oxígeno, reduce la inflamabilidad del material para reducir la liberación de combustible gases; hidróxido de magnesio / material compuesto ABS en la combustión, la superficie de la formación de una densa capa de carbón, el aislamiento del calor y los productos de descomposición de la difusión del calor y el efecto de aislamiento, reducen efectivamente la tasa de liberación de calor, retrasando la combustión. del material). Puede reducir eficazmente la tasa de liberación de calor del material y ralentizar el proceso de combustión) y el efecto de enfriamiento (los retardantes de llama pueden reducir la temperatura de la superficie del material y el área de combustión mediante deshidratación, cambio de fase, descomposición y otros procesos absorbentes de calor). reacciones, prevenir la degradación térmica, reducir la liberación de gases combustibles y destruir las condiciones de combustión sostenida).

Sin embargo, cuando se usa solo, requiere una gran cantidad de adición y puede afectar significativamente las propiedades mecánicas de la resina, por lo que generalmente no se usa como retardante de llama principal.

2. Retardante de llama de fósforo rojo: Este retardante de llama contiene solo fósforo y su eficiencia retardante de llama es mejor que la de otros retardantes de llama que contienen fósforo.

Su efecto retardante de llama se logra principalmente a través del retardante de llama de fase condensada, es decir, se forma una capa protectora en la superficie del ABS a alta temperatura, que puede aislar el oxígeno, prevenir la transferencia de calor y reducir la liberación de gases combustibles. para realizar el efecto retardante de llama.

Por ejemplo, el masterbatch de fósforo rojo, ABS-P-20M, desarrollado especialmente por YINSU Flame Retardant Company para ABS, con una cantidad adicional de aproximadamente el 20%, puede lograr UL94-V0, un efecto retardante de llama libre de halógenos de alta eficiencia. El costo total del retardante de llama es mucho menor que el costo del retardante de llama halógeno.

3. Retardantes de llama compuestos de fósforo y nitrógeno: Los retardantes de llama que contienen nitrógeno se utilizan principalmente para diluir gases inflamables o cubrir la superficie del material a través de gases no inflamables como el nitrógeno producido en el proceso de descomposición para lograr el efecto retardante de llama. Los retardantes de llama que contienen nitrógeno comunes incluyen melamina, cianurato de melamina (MCA), pirofosfato de melamina, etc.

Los retardantes de llama de tipo expansión con fósforo y nitrógeno como componentes principales se destacan en los retardantes de llama ABS sin halógenos. Los compuestos de fósforo y nitrógeno se combinan para formar retardantes de llama de fósforo y nitrógeno, que no son fáciles de quemar debido a los gases liberados por los compuestos de nitrógeno después de calentarse, como N2, CO2, NH3, H2O, etc., y bloquean el suministro de oxígeno. , para lograr efectos sinérgicos y sinérgicos retardantes de llama.

La dirección futura del desarrollo de los retardantes de llama ABS se puede analizar desde las siguientes perspectivas:

1. Protección del medio ambiente y baja toxicidad: Aunque los retardantes de llama halogenados siguen siendo los productos principales en el mercado, considerando que pueden liberar sustancias tóxicas y corrosivas durante la combustión, la demanda del mercado de retardantes de llama respetuosos con el medio ambiente y libres de halógenos está aumentando.

2. Alta eficiencia y multifuncionalidad: La investigación y el desarrollo de retardantes de llama altamente eficientes y multifuncionales es una tendencia importante en la industria. Estos retardantes de llama pueden reducir la contaminación ambiental y los costos sin sacrificar las propiedades físicas y mecánicas del sustrato.

3. Nanotecnología y microencapsulación: Con el avance de la nanotecnología y la tecnología de microencapsulación, la modificación de la superficie y el tratamiento ultrafino de retardantes de llama inorgánicos se han hecho posibles. Estas tecnologías ayudan a mejorar las propiedades retardantes de llama de los retardantes de llama inorgánicos, reducen su cantidad de aditivos y mejoran su rendimiento mediante modificación de superficies ultrafinas, enlaces macromoleculares y otros métodos.

4. Tecnología de composición: En algunos productos, el efecto retardante de llama de expansión de volumen se logra mediante el uso de elementos de fósforo en lugar de halógenos. Estos compuestos, con la adición de retardantes de llama específicos, son capaces de formar una capa carbonizada estable en la superficie, que aísla, reduce la entrada de oxígeno, evita el goteo de polímeros fundidos y al mismo tiempo reduce la emisión de humos y sustancias orgánicas. proporcionando protección al material. Además, el masterbatch ofrece buena estabilidad a altas temperaturas, facilidad de procesamiento y propiedades colorantes.

Con el rápido crecimiento de las industrias de electrodomésticos y automoción, la demanda china de resinas ABS sigue aumentando, al igual que los requisitos de propiedades respetuosas con el medio ambiente y retardantes de llama del ABS. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos retardantes de llama con excelente rendimiento no es sólo una tarea clave en la investigación de materiales retardantes de llama, sino también una dirección de desarrollo importante para la industria del ABS.