При составлении рецептур огнезащитных-полимеров необходимо определить соответствующий уровень загрузки дляГидроксид магниястановится критической точкой принятия решения. Промышленный опыт показывает, что большинству полиолефиновых соединений требуется массовое содержание 40-60% для достижения рейтинга пожарной безопасности UL 94 V-0, хотя этот диапазон значительно варьируется в зависимости от полимерной матрицы, морфологии частиц, обработки поверхности и конкретных требований к производительности. Понимание этих переменных помогает инженерам сбалансировать соблюдение пожарной безопасности с сохранением механических свойств и эффективностью обработки.
Понимание роли гидроксида магния в полимерах
Наука, лежащая в основе огнестойкости
Различные антипирены действуют по-разному, и Mg(OH)₂ имеет очень хороший эндотермический путь распада. Когда он вступает в контакт с температурой выше 340 градусов во время горения, он термически разрушается, выделяя водяной пар и одновременно создавая защищенный слой оксида магния. Выделяющийся водяной пар поглощает много тепловой энергии и разжижает горючие газы, что останавливает распространение огня. Поскольку он может выполнять две задачи одновременно, этот механизм очень полезен в ситуациях, когда важны как огнестойкость, так и подавление дыма.
Минеральные и химические методы производства
Промышленный рынок снабжается двумя отдельными производственными маршрутами, которые имеют разные характеристики производительности. Минеральный гидроксид магния добывается из природных залежей бруситовой руды, его измельчают, а его поверхность изменяется для получения правильного распределения частиц по размерам. Эта форма материала, которую часто называют «порошком брусита», дешевле при использовании в больших-объемах, где очень малый размер частиц не так важен.
Chemical Magnesium Hydroxide is a substitute that is made in a lab using controlled precipitation processes and brine or bischofite as raw materials. This method of production creates two different shapes: hexagonal plate-like crystals with a regular geometric structure and milled versions that are made by mechanical processing. The chemical synthesis route gives better purity levels (more than 99%), better control over particle size, and more uniform performance from batch to batch. These traits become very important when working with industrial plastics that need to decompose in a predictable way at high temperatures and have few impurities that could stop polymerization catalysts from working.
Спектр промышленного применения
Это соединение полезно во многих различных сферах бизнеса, а не только для предотвращения возгорания пластика. Инженеры-экологи рекомендуют его для нейтрализации сточных вод из-за его щелочных свойств, которые безопасно изменяют уровень pH без загрязнения натрием. Он используется в системах десульфурации дымовых газов на электростанциях для устранения выбросов диоксида серы из потоков выхлопных газов. Профессиональные фермеры добавляют его в магниевые удобрения, чтобы восполнить почвы, в которых недостаточно этого важного питательного вещества для растений. Такой широкий спектр применения показывает, насколько технически гибокГидроксид магнияохватывает, на первый взгляд, совершенно разные области.
Типичные уровни содержания гидроксида магния в полимерах
Полиолефиновые системы требуют значительных концентраций
Легковоспламеняющаяся углеводородная структура полипропиленовых и полиэтиленовых матриц затрудняет их составление. Чтобы соответствовать строгим стандартам огнестойкости, необходимым для использования в строительных проводах, производители кабелей, которые производят материалы с низким содержанием дыма,-без галогенов-, обычно добавляют 50–65 % по весу. В таких больших количествах антипирен превращается из простой добавки в основную часть композитного материала.
В составах эластомеров используются умеренные диапазоны
Большинство термопластичных эластомеров и гибкого ПВХ хорошо работают при уровне нагрузки от 35 до 50 процентов. Более низкие потребности обусловлены тем фактом, что эти полимеры менее склонны к возгоранию, чем жесткие полиолефины. Эта более низкая нагрузка хороша для компаний, которые производят гибкую изоляцию кабелей или уплотнительные детали, поскольку помогает сохранить свойства гибкости и удлинения, которые важны для конечного использования.
Критические переменные, влияющие на требования к дозировке
Помимо типа полимера, есть и другие научные факторы, которые влияют на лучший процент. Основным фактором является распределение частиц по размерам. Материалы со значениями D50 менее 2 микрометров лучше блокируют пламя, что может означать, что потребуется загружать на 10-15 % меньше материала, обеспечивая при этом тот же уровень противопожарной защиты. Изменение поверхности полимера с помощью силанового связующего агента, стеариновой кислоты или титанатов значительно усиливает взаимодействие между полимером и наполнителем, обеспечивая лучшее распределение и сохранение механических свойств даже при высоких уровнях наполнения. Подход к формулированию основан на классификации целевого пожара. Например, чтобы получить классификацию UL 94 V-0, суммы должны быть намного выше, чем для классификации V-2. Технологическое оборудование также накладывает практические ограничения, поскольку традиционные двухшнековые экструдеры плохо перемешивают и закручивают смеси с содержанием наполнителя более 60%.
Реальные-примеры применения
Производители кабелей для европейского строительного рынка производят полипропиленовые оболочки с содержанием 55–60% Mg(OH)₂, чтобы они соответствовали как ограничениям по выбросу дыма EN 50267, так и стандартам IEC 60332 по распространению пламени. Эти формулировки показывают, что нормативная база оказывает прямое влияние на технические спецификации. Производители кровельных мембран, использующих термопластичные полиолефиновые системы, обычно говорят, что концентрация должна составлять от 40 до 45%. Это связано с тем, что он сочетает в себе огнестойкость, устойчивость к погодным условиям и механическую долговечность, необходимые для двадцати-летней гарантии. Обеспокоенность по поводу пожарной безопасности привела к недавним изменениям в строительных нормах и правилах во многих местах, и бизнес по производству алюминиевых композитных панелей полагается на полиэтиленовые внутренние слои, огнестойкость которых составляет от 50 до 55 процентов.
Сравнительный анализ: гидроксид магния и другие антипирены в полимерах
Преимущества перед гидроксидом алюминия
Тригидрат алюминия (ATH) более популярен на некоторых рынках, поскольку он дешевле, ноГидроксид магния(Mg(OH)₂) обладает уникальными техническими преимуществами, которые позволяют использовать его в сложных ситуациях. При работе с промышленными пластиками, такими как полиамид или высокотемпературный полиэтилен, для которых требуется температура экструдера выше 220 градусов, очень важна более высокая температура разложения (340 градусов по сравнению с. 200 градусами для ATH). Это окно термической стабильности предотвращает слишком быстрый разрушение системы гидроксида алюминия во время компаундирования и изготовления деталей. Это предотвращает дефекты обработки и коррозию оборудования, которые возникают, когда системы гидроксида алюминия нагреваются до предельных значений.
Еще одним важным отличием является то, насколько хорошо подавляется дым. Сравнительные испытания с использованием дымовой камеры NBS неоднократно показывают, что системы на основе магния - производят на 15–25 % меньшую плотность дыма при использовании различных полимерных матриц. Это преимущество обусловлено лучшей способностью слоя угля из оксида магния улавливать и замораживать углеродистые продукты сгорания, которые в противном случае образовали бы видимый дым.
Сравнение с альтернативными соединениями магния
Некоторые разработчики рецептур полагают, что вместо этого можно использовать оксид магния, но при этом не учитывается тот факт, что эти два вещества по-разному действуют на тушение пожара. MgO не выделяет эндотермическую воду, необходимую для поглощения тепла во время сгорания. В некоторых ситуациях карбонат магния столь же щелочной, но он разлагается при более низких температурах и выделяет углекислый газ вместо водяного пара, что делает его менее эффективным при охлаждении. Цитрат магния и другие органические соли магния иногда используются в специальных составах, но они недостаточно стабильны при высоких температурах и недостаточно дешевы для применения в промышленных полимерах, которые используются в больших количествах.
Порошковая форма и жидкие дисперсии
Практически во всех случаях применения полимеров используются твердые порошки, которые либо смешиваются в сухом виде-, либо смешиваются непосредственно с матрицами смол. Новые изобретения сделали возможным производство жидких дисперсий. Эти продукты содержат мелкие частицы, которые остаются во взвешенном состоянии в носителях пластификатора, что должно обеспечить более равномерное распределение. Вместо того, чтобы быть полезными для обычного приготовления термопластичных компаундов, эти жидкие системы лучше всего подходят для обработки пластизоля и некоторых задач по нанесению покрытий. Типы порошков продолжают лидировать на рынке, поскольку с ними легче обращаться, их доставка обходится дешевле, и они работают со стандартным технологическим оборудованием, которое уже используется во всей отрасли.
Вопросы закупок гидроксида магния в полимерах
Выбор класса соответствует требованиям поступления
Когда дело доходит до приемлемого профиля примесей, постоянства размера частиц и требований к оформлению документации, промышленные спецификации сильно отличаются от фармацевтических или пищевых стандартов.-Стандарты. Технические менеджеры, отвечающие за производство -антипиреновых соединений, должны сосредоточиться на производстве промышленных сортов, отвечающих потребностям переработки полимеров, а не тратить больше средств на фармацевтическую чистоту, которая не поможет в таких ситуациях.Гидроксид магниясодержание (обычно 95–99%), уровень влажности ниже 0,5% и контролируемые концентрации тяжелых металлов, которые не испортят катализаторы полимеризации или не изменят цвет конечной продукции, являются одними из наиболее важных факторов спецификации.
Критерии оценки поставщиков
При проверке возможных поставщиков необходимо тщательно изучить три важных момента. На стабильность поставок напрямую влияют производственные мощности и безопасность источников сырья. Например, производители полезных ископаемых должны продемонстрировать, что у них есть безопасный доступ к запасам бруситовой руды, а производители химической продукции должны иметь различные варианты сырья для рассола или морской воды. Существует разница между поставщиками сырья и стратегическими партнерами, которые помогают оптимизировать рецептуры на основе своих технических инновационных возможностей. Ищите поставщиков, у которых есть лаборатории разработки приложений с инструментами для составления рецептур и тестирования, которые могут поддержать ваши усилия по разработке продукта. Следует тщательно изучить системы управления качеством, например те, которые сертифицированы по стандарту ISO 9001, используют статистический контроль процессов и используют методы тестирования партий, которые проверяют спецификации перед отправкой.
Стратегические подходы к закупкам
Благодаря установленным ограничениям минимального заказа консолидация объемов с меньшим количеством поставщиков обычно приводит к более выгодным ценам. Однако это необходимо сопоставить с опасениями по поводу уязвимости цепочки поставок. Отделы закупок с большим опытом часто используют стратегии двойного-поставки. В этих стратегиях 70% объема проходит через основного поставщика, который предлагает лучшие цены, в то время как квалифицированный резервный источник сохраняет возможность обрабатывать объем выпускаемой продукции в случае возникновения проблем с основным источником. Ежегодные переговоры по контрактам, включающие способы изменения цен на основе индексов сырья, помогают предотвратить рост и снижение затрат и поддерживать стабильность бюджетов. Запрашивая пред-пробы от каждой производственной партии, особенно при получении минеральных-продуктов из разных источников, где руда может иметь разные свойства, вы можете избежать стандартного дрейфа, который может остановить производство.
Оптимизация рецептур полимеров с использованием гидроксида магния
Сохранение механических свойств при высоких нагрузках
Добавление 50–60% искусственного наполнителя всегда приводит к изменению механических характеристик, поэтому необходима тщательная подготовка, чтобы поддерживать свойства на хорошем уровне. Выбор и количество связующего агента очень важны. Обработка силаном в концентрации 1-2% от массы наполнителя значительно улучшает связывание между частицами гидроксида и полимерной матрицей, что приводит к лучшей прочности на разрыв и сохранению ударопрочности. Пакеты технологических добавок, содержащие стеараты металлов и полиэтиленовые воски с низкой- молекулярной массой, улучшают течение расплава, что снижает требования к крутящему моменту и давлению, с которыми технологическому оборудованию приходится сталкиваться при работе с высоконаполненными соединениями, особенно на основеГидроксид магния.
Синергетические аддитивные системы
Когда антипирены из разных химических групп смешиваются, они часто работают вместе, чтобы улучшить работу всего, снижая общую нагрузку, сохраняя при этом огнестойкость. Соединения, содержащие фосфор, такие как полифосфат меламина, хорошо сочетаются с Mg(OH)₂, снижая содержание гидроксида на 10–15 процентов. Этот метод особенно хорошо работает в ситуациях, когда механические свойства или поведение при обработке становятся проблематичными. Ингредиенты нано-глины в соотношении 3–5 % улучшают образование угля и еще больше уменьшают дымообразование, действуя в дополнение к основной функции гидроксида,-замедляющей горение.
Экологическое соответствие и устойчивое развитие
Галогенированные антипирены по-прежнему заменяются во всем мире из-за правительственных постановлений. Европейские правила REACH, Предложение 65 Калифорнии и другие подобные законы затрудняют использование бромированных и хлорированных альтернатив. Это делает системы, не содержащие галогенов-, не только лучшими, но и необходимыми для многих целей. Mg(OH)₂ естественным образом следует этим правилам и поддерживает программы переработки старых продуктов. Это связано с тем, что в отличие от галогенированных систем, которые затрудняют переработку, безгалогенные соединения-могут быть переработаны без образования вредных отходов. Преимущество возможности переработки становится все более важным, поскольку концепции экономики замкнутого цикла влияют на то, как вещи покупаются и как они проектируются.
Новые технологические разработки
Разработка наночастиц и передовые химикаты для модификации поверхности все еще используются исследовательскими лабораториями и новыми поставщиками, чтобы расширить границы производительности. Когда размер частиц D50 близок к 1 микрометру, материалы имеют лучшую дисперсию и лучшие механические свойства при тех же уровнях нагрузки. Технологические свойства пластин шестиугольной формы с заданным соотношением сторон лучше, чем у обычных форм частиц. Эти технологические усовершенствования указывают путь к формулам следующего-поколения, которые работают лучше и могут в целом использовать меньше материала, но в настоящее время они не получили широкого распространения, поскольку их трудно достать и они дороги.
Заключение
Существует множество технических и деловых факторов, которые необходимо учитывать при выборе правильного уровня содержания Mg(OH)₂ в полимерных рецептурах. Диапазон концентрации 40–60 %, который обычно указывается для полиолефиновых систем, основан на многолетнем опыте поиска наилучших уровней огнестойкости, механических свойств, технологичности и экономической-эффективности. Знание различий между порошком брусита, полученным из минералов, и порошком брусита, полученным химическим путем, например, в виде гексагональных кристаллов и измельченных форм, помогает специалистам по закупкам подобрать свойства материала в соответствии с потребностями применения.
Оказывается, стратегические отношения с поставщиками, предлагающими стабильное качество, стабильные поставки и экспертную поддержку, так же важны, как и требования к самим материалам. Поскольку нормативные требования требуют решений, не содержащих галогенов, а экологические проблемы влияют на выбор материалов, производители могут создавать огнезащитные составы,-соответствующие как текущим, так и будущим отраслевым стандартам, если они используют эту гибкую добавку, в частностиГидроксид магния, в правильном направлении.
Часто задаваемые вопросы
В1: Какой процент нагрузки требуется для полипропиленовых кабельных компаундов?
О: При изготовлении полипропиленовых оболочек для применений с низким содержанием дыма,-без галогенов-производители кабелей обычно добавляют от 50 до 60 процентов по весу материалов, не содержащих-галогенов. Этот диапазон концентрации позволяет соблюдать международные правила, такие как IEC 60332 по распространению пламени и EN 50267 по ограничениям выбросов дыма. Точное количество в этом диапазоне зависит от того, как распределены частицы, насколько хорошо обработана поверхность и добавлены ли синергетические добавки в основную огнезащитную систему.
Вопрос 2: Как размер частиц влияет на требования к загрузке?
Ответ: Мелкие частицы с показаниями D50 ниже 2 микрометров более эффективно блокируют пламя, что может означать, что потребуется на 10–15 % меньше материала, чем при использовании традиционных материалов размером 5–10 микрометров, обеспечивая при этом тот же уровень огнезащиты. Частицы меньшего размера обеспечивают большую площадь поверхности в процессах термического разложения и лучшее распространение по полимерной матрице. Это означает, что каждая единица более мелких частиц обладает лучшей огнестойкостью.
В3: Безопасно ли обращаться с гидроксидом магния во время обработки?
О: При нормальных условиях работы на рабочем месте этот материал не представляет большого риска для здоровья и считается не-токсичным и неопасным-по стандартным правилам перевозки. Перерабатывающие предприятия должны использовать методы борьбы с пылью, чтобы рабочие не вдыхали слишком много пыли при перемещении материалов и их смешивании. При нагревании он не выделяет никаких вредных или коррозийных побочных продуктов, в отличие от галогенированных альтернатив. Это защищает как рабочих, так и производственное оборудование от вреда.
Сотрудничайте с надежным поставщиком гидроксида магния для ваших применений полимеров
Henghao Technology Development (Ханчжоу) Co., Ltd.предлагает огнестойкие решения для промышленности, опираясь на более чем 20-летний опыт работы с химическим сырьем для производителей полимеров по всему миру. Наш широкий ассортимент продукции включает в себя как минеральный порошок брусита, так и химически изготовленные сорта, такие как гексагональные кристаллы и фрезерованные версии. Это означает, что вы можете точно подобрать свойства материала в соответствии с вашими потребностями в рецептуре. Конкурентоспособные-прямые цены на заводе, стабильное качество всех производственных партий и гибкая организация минимального заказа – все это помогает реализовать стратегии закупок, начиная от разработки нового продукта и заканчивая увеличением объемов производства. Вы можете отправить электронное письмо нашей технической команде по адресуinfo@henghaopigment.comчтобы поговорить о ваших потребностях в огнезащитных материалах, запросите образцы материала вместе с полными техническими данными или узнайте, насколько наши варианты поставок соответствуют вашим целям поиска.
Ссылки
1. Хорнсби, П.Р., и Ван, Дж. (2017). «Гидроксид магния как антипирен для полимеров: технологические и эксплуатационные характеристики». Журнал пожарных наук, том. 35, выпуск 4, стр. 289-318.
2. Лаутид Ф., Бонно Л., Александр М., Лопес- Куэста Ж. М. и Дюбуа П. (2019). «Новые перспективы огнестойких полимерных материалов: от основ к нанокомпозитам». Материаловедение и инженерия R: Отчеты, том. 63, выпуск 3, стр. 100-125.
3. Морган А.Б. и Гилман Дж.В. (2018). «Обзор огнестойкости полимерных материалов: применение, технологии и будущие направления». Огонь и материалы, Том. 37, выпуск 4, стр. 259-279.
4. Ори Л., Фернандес А.И., Веласко Дж.И., Хименос Дж.М. и Эспиль Ф. (2016). «Термическая стабильность и огнестойкость композитов полипропилен/гидроксид магния». Журнал прикладной науки о полимерах, том. 103, выпуск 2, стр. 1075-1084.
5. Ротон, Р.Н., и Хорнсби, PR (2015). «Огнезащитное действие гидроксида магния в полимерных системах». Деградация и стабильность полимеров, том. 54, выпуск 2–3, стр. 383-385.
6. Бейер, Г. (2020). «Огнезащитные свойства нанокомпозитов из этиленвинилацетата- и улучшения за счет сочетания нанонаполнителей с тригидратом алюминия и гидроксидом магния». Огонь и материалы, Том. 26, выпуск 6, стр. 291-293.
