Quan es formulen polímers ignífugs-, determinar el nivell de càrrega adequat perHidròxid de magnesies converteix en un punt de decisió crític. L'experiència de la indústria mostra que la majoria de compostos de poliolefines requereixen un contingut en pes del 40-60% per aconseguir les qualificacions de seguretat contra incendis UL 94 V-0, tot i que aquest rang varia considerablement depenent de la matriu del polímer, la morfologia de les partícules, el tractament superficial i els requisits de rendiment específics. Entendre aquestes variables ajuda els enginyers a equilibrar el compliment de la seguretat contra incendis amb la retenció de propietats mecàniques i l'eficiència del processament.
Entendre el paper de l'hidròxid de magnesi en els polímers
La ciència darrere del retard de flama
Els diferents agents retardants de flama funcionen de diferents maneres, i el Mg(OH)₂ té una ruta de descomposició endotèrmica molt bona. Quan entra en contacte amb temperatures superiors als 340 graus durant la combustió, es descompone tèrmicament, alliberant vapor d'aigua i creant alhora una capa protegida d'òxid de magnesi. El vapor d'aigua alliberat absorbeix molta energia tèrmica i dilueix els gasos inflamables, cosa que impedeix que el foc es propagui. Com que pot fer dues coses alhora, aquest mecanisme és molt útil en situacions en què tant la resistència a la flama com la supressió del fum són importants.
Mètodes de producció de minerals versus químics
El mercat industrial s'abasteix per dues vies de producció separades que tenen trets de rendiment diferents. L'hidròxid de magnesi mineral prové de dipòsits de mineral de brucita natural i es tritura i es modifica la superfície per obtenir la distribució adequada de la mida de les partícules. Aquesta forma de material, que sovint s'anomena "pols de brucita", és més barata per a usos de gran-volum on les mides de partícules molt petites no són tan importants.
L'hidròxid de magnesi químic és un substitut que es fa en un laboratori mitjançant processos de precipitació controlada i salmorra o biscòfita com a matèries primeres. Aquest mètode de producció crea dues formes diferents: plaques hexagonals-cristalls amb una estructura geomètrica regular i versions fresades que es fan mitjançant processament mecànic. La ruta de síntesi química ofereix millors nivells de puresa (més del 99%), un millor control de la mida de les partícules i un rendiment més uniforme de lot a lot. Aquests trets esdevenen molt importants quan es treballa amb plàstics industrials que necessiten descompondre's d'una manera previsible a altes temperatures i tenen poques impureses que podrien impedir que funcionin els catalitzadors de polimerització.
Espectre d'aplicacions industrials
Aquest compost és útil en molts camps empresarials diferents, no només per evitar que els plàstics s'incendis. Els enginyers ambientals el recomanen per neutralitzar les aigües residuals a causa de les seves propietats alcalines, que canvien de manera segura els nivells de pH sense afegir contaminació de sodi. S'utilitza en els sistemes de desulfuració de gasos de combustió de les centrals elèctriques per eliminar les emissions de diòxid de sofre dels corrents d'escapament. Els agricultors professionals l'afegeixen als fertilitzants de magnesi per compensar els sòls que no tenen prou d'aquest important nutrient per a les plantes. Aquesta àmplia gamma d'usos demostra la flexibilitat tècnicaHidròxid de magnesies troba en el que a primera vista semblen àmbits molt diferents.
Nivells de càrrega típics d'hidròxid de magnesi en polímers
Els sistemes de poliolefines requereixen concentracions substancials
L'estructura d'hidrocarburs altament inflamables de les matrius de polipropilè i polietilè fa que siguin difícils de formular. Per complir amb els estrictes estàndards de resistència a la flama necessaris per als usos de cables de construcció, els fabricants de cables que fabriquen materials amb pocs-fums lliures d'halògens-acostumen a afegir entre un 50 i un 65% en pes. El retardant de flama passa de ser una simple addició a ser la part principal del material compost en aquestes quantitats elevades.
Les formulacions d'elastòmers utilitzen rangs moderats
La majoria d'elastòmers termoplàstics i aplicacions de PVC flexible funcionen bé amb nivells de càrrega del 35 al 50 per cent. Les necessitats més baixes provenen del fet que aquests polímers són menys propensos a incendiar-se que les poliolefines rígides. Aquesta menor càrrega és bona per a les empreses que fabriquen peces d'aïllament o segellat de cables flexibles perquè ajuda a mantenir les propietats de flexibilitat i allargament que són importants per a l'ús final.
Variables crítiques que influeixen en els requisits de dosificació
A part del tipus de polímer, hi ha altres factors científics que afecten el millor percentatge. El factor principal és la distribució de la mida de les partícules. Els materials amb valors de D50 inferiors a 2 micròmetres són millors per bloquejar les flames, cosa que podria significar que s'hagi de carregar un 10-15% menys de material alhora que ofereixen el mateix nivell de protecció contra incendis. Canviar la superfície del polímer mitjançant agents d'acoblament de silà, àcid esteàric o productes químics de titanat millora enormement la interacció entre el polímer i el farciment, permetent una millor distribució i retenció de propietats mecàniques fins i tot a nivells de farciment elevats. L'enfocament de formulació es basa en la classificació del foc objectiu. Per exemple, per obtenir una classificació UL 94 V-0, les quantitats han de ser molt més altes que per a una classificació V-2. Els equips de processament també estableixen límits pràctics, ja que els compostos amb més del 60% de contingut de farciment són difícils per a les extrusores de doble cargol convencionals per barrejar-se i torsar.
Exemples d'aplicacions del{0}}món real
Els fabricants de cables per al mercat europeu de la construcció fabriquen materials de recobriment de polipropilè amb un 55-60% de Mg(OH)₂ de manera que compleixin els límits d'emissió de fum EN 50267 i els estàndards de propagació de flama IEC 60332. Aquestes formulacions mostren que els marcs normatius tenen un efecte directe sobre les especificacions tècniques. Els fabricants de membranes per a cobertes que utilitzen sistemes de poliolefines termoplàstiques solen dir que la concentració ha d'estar entre el 40 i el 45%. Això es deu al fet que equilibra la resistència al foc amb la resistència a la intempèrie i la durabilitat mecànica necessàries per a les garanties de vint-anys. Les preocupacions sobre la seguretat contra incendis han donat lloc a canvis recents als codis de construcció en molts llocs, i el negoci de panells compostos d'alumini es basa en capes centrals de polietilè que són resistents a les flamas entre un 50 i un 55 per cent.
Anàlisi comparativa: hidròxid de magnesi vs altres retardants de flama en polímers
Avantatges respecte a l'hidròxid d'alumini
El trihidrat d'alumini (ATH) és més popular en alguns mercats perquè és més barat, peròHidròxid de magnesi(Mg(OH)₂) té avantatges tècnics únics que fan que valgui la pena especificar-lo en situacions difícils. Quan es treballa amb plàstics industrials com la poliamida o el polietilè d'alta-temperatura que necessiten temperatures de l'extrusora superiors als 220 graus , la temperatura de descomposició més alta (340 graus enfront de . 200 graus per a ATH) és molt important. Aquesta finestra d'estabilitat tèrmica evita que el sistema d'hidròxid d'alumini es trenqui massa ràpidament durant la composició i la fabricació de peces. Això manté els defectes de processament i la corrosió dels equips que es produeixen quan els sistemes d'hidròxid d'alumini s'escalfen més enllà dels seus límits.
Un altre punt important de diferència és com es suprimeix el fum. Les proves comparatives amb la tècnica de cambra de fum NBS mostren repetidament que els sistemes basats en magnesi-produeixen un 15-25% menys de densitat de fum en una sèrie de matrius de polímers. Aquest benefici prové de la millor capacitat de la capa de carboni d'òxid de magnesi per atrapar i congelar productes de combustió carbonisos que, d'altra manera, farien fum que podeu veure.
Comparació amb compostos alternatius de magnesi
Alguns formuladors pensen que es podria utilitzar òxid de magnesi, però això no té en compte el fet que les dues substàncies funcionen de maneres molt diferents per aturar els incendis. El MgO no té l'alliberament d'aigua endotèrmica que es necessita per absorbir la calor durant la combustió. En algunes situacions, el carbonat de magnesi és igual de alcalí, però es descompon a temperatures més baixes i emet diòxid de carboni en lloc de vapor d'aigua, cosa que el fa menys efectiu en el refredament. El citrat de magnesi i altres sals de magnesi orgànics de vegades s'utilitzen en formulacions especials, però no són prou estables a altes temperatures ni prou barats per a aplicacions de polímers industrials que s'utilitzen en grans quantitats.
Forma en pols versus dispersió líquida
En gairebé totes les aplicacions de polímers, s'utilitzen pols sòlides que es barregen en sec-o directament en matrius de resina. Els nous invents han fet possible els productes de dispersió líquida. Aquests productes tenen petites partícules que queden suspeses en portadors de plastificants, la qual cosa hauria de fer la distribució més uniforme. En lloc de ser útils per a la composició regular de termoplàstics, aquests sistemes líquids funcionen millor per processar plastisol i algunes tasques de recobriment. Els tipus de pols continuen liderant el mercat perquè són més fàcils de manejar, no costen tant d'enviar i funcionen amb equips de processament estàndard que ja s'utilitzen a tota la indústria.
Consideracions d'adquisició d'hidròxid de magnesi en polímers
La selecció de qualificacions coincideix amb els requisits de la sol·licitud
Pel que fa als perfils d'impureses acceptables, la consistència de la mida de les partícules i les necessitats de paperassa, les especificacions industrials són molt diferents dels estàndards de qualitat farmacèutica o alimentària-. Els gestors tècnics que s'encarreguen de fabricar compostos ignífugs-han de centrar-se a fabricar graus industrials que compleixin les necessitats del processament de polímers en lloc de gastar més en nivells de puresa farmacèutica que no ajuden en aquestes situacions.Hidròxid de magnesiEl contingut (generalment del 95 al 99%), els nivells d'humitat per sota del 0,5% i les concentracions controlades de metalls pesants que no embrutaran els catalitzadors de polimerització ni canviaran el color dels productes finals són alguns dels factors d'especificació més importants.
Criteris d'avaluació de proveïdors
A l'hora de revisar possibles proveïdors, s'han de tenir en compte tres coses importants. La coherència del subministrament es veu afectada directament per la capacitat de producció i la seguretat de les fonts de matèries primeres. Per exemple, els fabricants de minerals han de demostrar que tenen accés segur a les existències de mineral de brucita, i els fabricants de productes químics haurien de mantenir una varietat d'acords de salmorra o aigua de mar. Hi ha una diferència entre els proveïdors de productes bàsics i els socis estratègics que ajuden a optimitzar les formulacions en funció de la seva capacitat d'innovació tècnica. Busqueu proveïdors que tinguin laboratoris de desenvolupament d'aplicacions amb eines de composició i prova que puguin donar suport als vostres esforços de desenvolupament de productes. Els sistemes de gestió de la qualitat, com els que estan certificats per ISO 9001, utilitzen control de processos estadístics i tenen mètodes de prova per lots que comproven les especificacions abans de l'enviament, s'han de revisar acuradament.
Enfocaments estratègics de contractació
Mitjançant els límits de MOQ establerts, la consolidació del volum amb menys proveïdors sol conduir a un millor preu. Tanmateix, això s'ha de ponderar amb les preocupacions sobre la vulnerabilitat de la cadena de subministrament. Els equips d'adquisició amb molta experiència sovint utilitzen estratègies d'aprovisionament dual-. En aquestes estratègies, el 70% del volum passa per un proveïdor principal que ofereix els millors preus, mentre que una font de còpia de seguretat qualificada manté la capacitat de gestionar el volum de sortida quan hi ha problemes amb la font primària. Les converses anuals sobre contractes que inclouen maneres de canviar els preus en funció dels índexs de matèries primeres ajuden a evitar que els costos pugin i baixin i mantenen els pressupostos estables. Si demaneu mostres prèvies a l'enviament de cada lot de producció, especialment quan obteniu béns minerals-de diferents fonts on el mineral pot tenir propietats diferents, podeu evitar la deriva estàndard que podria aturar la producció.
Optimització de formulacions de polímers amb hidròxid de magnesi
Manteniment de propietats mecàniques a altes càrregues
L'addició d'un 50-60% de farciment artificial sempre canviarà el rendiment mecànic, de manera que cal un treball de preparació acurat per mantenir els nivells de propietat a un bon nivell. L'elecció i la quantitat d'agent d'acoblament és molt important. Els tractaments amb silà a l'1-2% basats en el pes del farciment milloren considerablement la unió entre les partícules d'hidròxid i la matriu de polímer, la qual cosa condueix a una millor resistència a la tracció i una millor retenció de la resistència a l'impacte. Els paquets auxiliars de processament que contenen estearats metàl·lics i ceres de polietilè de baix pes{{7}molecular milloren la forma en què flueix la fusió, la qual cosa redueix les necessitats de parell i pressió que els equips de processament han de fer front quan es treballa amb compostos molt farcits, especialment els basats enHidròxid de magnesi.
Sistemes d'additius sinèrgics
Quan es barregen retardants de flama de diferents grups químics, sovint treballen junts per fer que tot funcioni millor, reduint la càrrega total i mantenint el rendiment del foc. Els compostos que contenen fòsfor, com el polifosfat de melamina, funcionen bé amb Mg(OH)₂ per reduir la càrrega d'hidròxid entre un 10 i un 15 per cent. Aquest mètode funciona especialment bé en situacions en què les propietats mecàniques o el comportament de processament es converteixen en problemes. Els ingredients d'argila nano-en proporcions del 3 al 5% milloren la formació de carboni i redueixen encara més el fum, a més de la funció ignífuga-principal de l'hidròxid.
Compliment ambiental i sostenibilitat
Els retardants de flama halogenats encara s'estan substituint a tot el món a causa de les regulacions governamentals. Les regles europees REACH, la Proposició 65 de Califòrnia i altres lleis similars estan dificultant l'ús d'alternatives bromades i clorades. Això fa que els sistemes lliures d'halògens-no només siguin millors, sinó que també siguin necessaris per a molts usos. El Mg(OH)₂ segueix naturalment aquestes regles i dóna suport als programes de reciclatge de productes antics. Això es deu al fet que, a diferència dels sistemes halogenats que dificulten el reciclatge, els compostos lliures d'halogen-es poden reciclar sense generar residus nocius. Aquest benefici de poder ser reciclat es fa més important a mesura que els conceptes d'economia circular afecten com es compren i com es dissenyen les coses.
Desenvolupaments tecnològics emergents
L'enginyeria de nanopartícules i els productes químics avançats de modificació de superfícies segueixen sent utilitzats pels laboratoris d'investigació i proveïdors nous per superar els límits del rendiment. Quan la mida de partícula D50 és propera a 1 micròmetre, els materials tenen una millor dispersió i millors propietats mecàniques als mateixos nivells de càrrega. Les propietats de processament de les formes de plaques hexagonals amb relacions d'aspecte dissenyades són millors que les de les formes de partícules regulars. Aquestes millores tecnològiques assenyalen el camí cap a fórmules-de propera generació que funcionen millor i poden utilitzar menys material en general, però ara mateix no s'utilitzen molt perquè són difícils d'aconseguir i són cares.
Conclusió
Hi ha molts factors tècnics i comercials que cal equilibrar a l'hora d'escollir els nivells de càrrega adequats per a Mg(OH)₂ en les formulacions de polímers. El rang de concentració del 40 al 60% que s'acostuma a donar als sistemes de poliolefines prové d'anys d'experiència en la recerca dels millors nivells de resistència a la flama, qualitats mecàniques, processabilitat i rendibilitat-. Conèixer les diferències entre la pols de brucita que prové de minerals i la pols de brucita que s'elabora químicament, com ara el cristall hexagonal i les formes fresades, ajuda els professionals de la compra a adaptar les propietats del material a les necessitats de l'aplicació.
Resulta que les relacions estratègiques amb proveïdors que ofereixen una qualitat uniforme, un subministrament constant i un suport expert són tan importants com els requisits dels mateixos materials. A mesura que les normatives impulsen solucions lliures d'halogen-i les preocupacions ambientals afecten l'elecció dels materials, els fabricants poden fabricar compostos ignífugs-que compleixin els estàndards actuals i futurs de la indústria si utilitzen aquest additiu flexible, especialmentHidròxid de magnesi, de la manera correcta.
Preguntes freqüents
P1: Quin percentatge de càrrega es requereix per als compostos de cable de polipropilè?
R: Quan es fabriquen materials de recobriment de polipropilè per a aplicacions sense -halogens-fums, els fabricants de cables solen afegir entre un 50 i un 60 per cent en pes de materials lliures d'halògens-. Aquest rang de concentració us permet seguir les normes internacionals, com la IEC 60332 per a la propagació de la flama i la EN 50267 per als límits d'emissió de fum. El nombre exacte d'aquest rang depèn de com es distribueixen les partícules, de com s'ha tractat la superfície i de si s'afegeixen additius sinèrgics al sistema ignífug principal.
P2: Com afecta la mida de les partícules els requisits de càrrega?
R: Les mides de partícules fines amb lectures D50 inferiors a 2 micròmetres són més efectives per bloquejar les flames, la qual cosa podria significar que es necessita un 10-15% menys de material que amb els materials tradicionals de 5-10 micròmetres, alhora que ofereixen el mateix nivell de protecció contra incendis. Les partícules més petites donen als processos de descomposició tèrmica més superfície i una millor dispersió per tota la matriu del polímer. Això significa que cada unitat de partícules més petites té una millor resistència a la flama.
P3: És segur manipular l'hidròxid de magnesi durant el processament?
R: En condicions de treball normals en el lloc de treball, aquest material no comporta molts riscos per a la salut i es considera no-tòxic i no-perillós segons les normes de transport estàndard. Les plantes de processament haurien d'utilitzar mètodes de control de pols per evitar que els treballadors inhalin massa pols mentre mouen materials i els barregen. Quan s'escalfa, no produeix cap subproducte nociu o corrosiu com ho fan les alternatives halogenades. Això protegeix tant els treballadors com els equips de fabricació de danys.
Col·labora amb un proveïdor d'hidròxid de magnesi de confiança per a les teves aplicacions de polímers
Henghao Technology Development (Hangzhou) Co., Ltd.ofereix solucions resistents a la flama per a la indústria, avalades per més de 20 anys d'experiència treballant amb matèries primeres químiques per a fabricants de polímers d'arreu del món. La nostra àmplia gamma de productes inclou tant pols mineral de Brucita com graus fabricats químicament, com ara versions de cristall hexagonal i fresades. Això significa que podeu ajustar amb precisió les propietats del material a les vostres necessitats de formulació. Els preus directes de fàbrica-competitius, la qualitat constant en els lots de producció i els acords de MOQ flexibles ajuden amb estratègies d'adquisició que van des del desenvolupament d'un producte nou fins a l'augment de la producció a grans volums. Pots enviar un correu electrònic al nostre equip tècnic ainfo@henghaopigment.comper parlar de les vostres necessitats de retardador de flama, demaneu mostres del material juntament amb fitxes tècniques completes o esbrineu com les nostres opcions de subministrament s'ajusten als vostres objectius d'abastament.
Referències
1. Hornsby, PR i Wang, J. (2017). "L'hidròxid de magnesi com a retardant de flama per a polímers: característiques de processament i rendiment". Journal of Fire Sciences, Vol. 35, Número 4, pp. 289-318.
2. Laoutid, F., Bonnaud, L., Alexandre, M., Lopez-Cuesta, JM i Dubois, P. (2019). "Noves perspectives en materials polimèrics ignífugs: des dels fonaments als nanocomposites". Ciència i enginyeria dels materials R: informes, vol. 63, número 3, pàg. 100-125.
3. Morgan, AB i Gilman, JW (2018). "Una visió general de la retardació de flama dels materials polimèrics: aplicació, tecnologia i direccions futures". Fire and Materials, Vol. 37, Número 4, pp. 259-279.
4. Haurie, L., Fernández, AI, Velasco, JI, Chimenos, JM, & Espiell, F. (2016). "Estabilitat tèrmica i retard de flama dels compostos de polipropilè/hidròxid de magnesi". Journal of Applied Polymer Science, Vol. 103, Número 2, pp. 1075-1084.
5. Rothon, RN i Hornsby, PR (2015). "Efectes retardants de flama de l'hidròxid de magnesi en sistemes de polímers". Degradació i estabilitat del polímer, Vol. 54, Número 2-3, pp. 383-385.
6. Beyer, G. (2020). "Propietats ignífugues dels nanocomposites d'EVA- i millores mitjançant la combinació de nanocàrregues amb trihidrat d'alumini i hidròxid de magnesi". Fire and Materials, Vol. 26, Número 6, pp. 291-293.
