1. Flammschutzmechanismus (Intumeszenz)
APP fungiert hauptsächlich alsentflammungsempfindlichDies bedeutet, dass es bei Hitze das Material anschwellen und eine dicke, poröse, kohlenstoffhaltige Schicht (Kohle) auf seiner Oberfläche bilden lässt.Diese schützende Kohleschicht ist der Schlüssel zu seiner flammschutzfähigen Wirkung, die in drei Hauptstufen erfolgt:
Stufe 1: Säurequelle (Zersetzung)
Bei Erwärmung (normalerweise über 250°C) zersetzt und setzt APP freiPolyphosphatsäureundAmmoniakgas.
(NH4PO3) n → Polyphosphorsäuren des Typs H4P4O12 + NH3
- Stufe 2: Verkarbonierung (Char-Bildung)
Die starke, dehydrierende Polyphosphorsäure reagiert mit einemKohlenstoffquelle(oft eine polyhydrische Verbindung wie Pentaerythritol, die Teil eines intumeszenten Systems ist, oder die Polymermatrix selbst).Diese Reaktion katalysiert die Dehydrierung und Verkohlung der Kohlenstoffquelle, bildet eine kohlenstoffreiche Kohlenstoff. - Stufe 3: Blasen (Erweiterung)
Das freigesetzte Ammoniakgas wird in der viskosen, geschmolzenen Kohlenstoffmasse gefangen, wodurch sich der Kohlenstoff verschäumt und sich dramatisch ausdehnt und eine dicke, mehrzellige, leichteKohlenstoffschaumschicht.
Wie funktioniert diese Kohlenstoffschicht:
- Barrierewirkung:Die Kohle dient als physikalische Barriere, indem sie das zugrunde liegende Material vor der Hitze der Flamme isoliert und das Entweichen von brennbaren flüchtigen Gasen verhindert.
- Wärmeabwasser:Die Zersetzung und Expansionsprozesse sind endotherm, was bedeutet, dass sie Wärme absorbieren, die das Substrat kühlt.
- Verdünnung:Das freigesetzte nicht brennbare Ammoniakgas verdünnt den Sauerstoff und die brennbaren Gase in der Nähe der Verbrennungszone.
2Schlüsselmerkmale
- Halogenfrei:APP enthält weder Chlor noch Brom, weshalb es eine umweltfreundliche Wahl ist, da es bei der Verbrennung keine ätzenden oder giftigen Dioxine und Furane erzeugt.
- Intumeszenz:Seine Haupttätigkeit besteht darin, eine schützende, sich ausdehnende Kohleschicht zu bilden.
- Hohe Effizienz:Es ist sehr wirksam bei relativ geringen Belastungen im Vergleich zu einigen anderen mineralischen Flammschutzmitteln.
- Gute thermische Stabilität:APP hat eine hohe Zersetzungstemperatur und eignet sich daher für Polymere, die bei hohen Temperaturen verarbeitet werden.
- Niedrige Wasserlöslichkeit:Die APP-Klassen mit höherem Molekülgewicht (längerer Kette) haben eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser, was für Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist, die eine langfristige Haltbarkeit und Auslaugfestigkeit erfordern.
- Chemisch inert:Es ist im Allgemeinen in der Polymermatrix nicht reaktiv und minimiert damit die Auswirkungen auf die inhärenten Eigenschaften des Polymers.
3Vor- und Nachteile
Vorteile:
- Ausgezeichneter Brandschutz:Der in die Luft eindringende Kohl bietet einen hervorragenden Schutz, indem er eine stabile, isolierende Barriere schafft.
- Niedrige Rauchbelastung und geringe Toxizität:Als halogenfreies Verzögerungsmittel erzeugt APP deutlich weniger Rauch und weniger giftige Gase als Halogen-basierte Alternativen, was für die Lebenssicherheit entscheidend ist.
- Umweltverträglichkeit:Seine halogenfreie Natur entspricht den weltweiten Umweltvorschriften (z. B. RoHS, REACH).
- Vielseitigkeit:Es wirkt in einer Vielzahl von Polymeren, darunter Polyolefine (Polypropylen, Polyethylen), Beschichtungen, Farben, Textilien und Gummi.
- Synergien mit anderen Zusatzstoffen:APP wirkt synergistisch mit anderen Verbindungen (wie Melamin als Blasmittel und Pentaerythritol als Kohlenstoffquelle), um die Flammschutzfähigkeit zu erhöhen.
Nachteile:
- Hydrolytikempfindlichkeit:APP kann empfindlich auf Feuchtigkeit reagieren, insbesondere bei niedrigerem Molekülgewicht.die seine Wirksamkeit verringertDies erfordert den Einsatz stabilisierter, hochmolekulargewertiger Stoffe oder Schutzbeschichtungen für Außeneinsätze.
- Kompatibilitäts- und Verarbeitungsfragen:Hohe Belastungen von APP können manchmal die mechanischen Eigenschaften (z. B. Aufprallfestigkeit) und die Verarbeitungsrheologie des Polymers beeinträchtigen.
- Migration/Blüte:In einigen Polymersystemen können APP-Partikel im Laufe der Zeit auf die Oberfläche wandern, was zu einem Phänomen namens "Blumen" führt, das das Erscheinungsbild und die Farbfähigkeit der Oberfläche beeinflussen kann.
- Kosten für Intumeszenzsysteme:Während APP selbst kostengünstig ist, kann ein vollständiges Eintriebssystem (APP + Kohlenstoffquelle + Blasmittel) teurer sein als einfache Füllstoffe wie Aluminiumtrihydroxid (ATH).
- Säure:Die erzeugte Polyphosphorsäure kann für die Verarbeitungsanlagen ätzend sein, wenn sie nicht ordnungsgemäß verwaltet wird.