Op triazine gebaseerde verbindingen en hun toepassing in halogeenvrije intumescente vlamvertragende systemen
Triazines zijn een klasse van stikstofhoudende organische verbindingen, waaronder de volgende drie isomeren: 1,3,5-triazine, 1,2,4-triazine en 1,2,3-triazine. Hiervan is 1,3,5-triazine het meest voorkomend. Verbindingen zoals melamine en melaminecyanuraat vallen binnen de categorie van op triazine gebaseerde verbindingen. De effectiviteit van op triazine gebaseerde verbindingen in vlamvertraging heeft marktherkenning gekregen en is de afgelopen jaren een belangrijke onderzoeksfocus geworden.
Op triazine gebaseerde verbindingen zijn rijk aan tertiaire koolstofstructuren, wat uitstekende char-vormende eigenschappen biedt. Ze zijn chemisch stabiel en ontleden pas bij verhitting boven 150°C in geconcentreerd zwavelzuur. Ze dienen als prepolymeren voor veel oligomeren en polymeren en kunnen gemakkelijk worden gesynthetiseerd tot verbindingen met relatief hoge molecuulgewichten, wat aansluit bij de ontwikkelingstrend van macromoleculaire vlamvertragende technologie.
Op triazine gebaseerde vlamvertragers omvatten melamine (MEL) en zijn zouten, melaminecyanuraat (MCA) en zijn derivaten, evenals cyanuurzuur en zijn derivaten. Dit artikel richt zich op nieuwe op triazine gebaseerde verbindingen en hun toepassing in halogeenvrije intumescente vlamvertragende (IFR) systemen.
Met behulp van een mengsel van cycloalkaanolie-gemodificeerd SEBS en polypropyleen (O-SEBS/PP) als matrix, werd een intumescente vlamvertrager geformuleerd door een op triazine gebaseerd char-vormend schuimmiddel (CFA), ammoniumpolyfosfaat (APP) en SiO₂ te combineren voor het vlamvertragend maken van het O-SEBS/PP-systeem. Het IFR-systeem alleen was onvoldoende om de vlamvertraging van O-SEBS/PP-materialen aan te pakken. Een O-SEBS/PP/IFR-systeem met 35 gew.% IFR-toevoeging bereikte slechts een UL94 V-1-classificatie (1,6 mm dikte). Wanneer IFR werd gecombineerd met aluminiumhypofosfiet (AHP) in een massaverhouding van 8:1 voor het vlamvertragend maken van O-SEBS/PP, bereikte het O-SEBS/PP/FR-materiaal met een totaal additievengehalte van 28 gew.% en een dikte van 1,6 mm een UL94 V-0-classificatie. Parameters zoals de piek warmteafgiftesnelheid (PHRR) en de totale warmteafgifte (THR) werden aanzienlijk verminderd.
De resultaten geven aan dat O-SEBS/PP-composieten inherent moeilijk vlamvertragend te maken zijn en dat IFR alleen een lage efficiëntie vertoont voor dit systeem.
Om de vlamvertragende efficiëntie van IFR in dit systeem te verbeteren, werd aluminiumhypofosfiet (AHP) geïntroduceerd. De vlamvertragende O-SEBS/PP-composiet bevatte ongeveer 69% matrixhars, bestaande uit 46% SEBS (met 50% olie-extensie) en 23% PP. Het totale gehalte aan vlamvertragende additieven (IFR + AHP) was 30%. Daarbinnen werd de massaverhouding van CFA tot APP gehandhaafd op 1:4, de toevoeging van SiO₂ was 5% van de IFR-massa en de rest bestond uit verschillende massaverhoudingen van AHP en IFR. Antioxidant 1010 en zinkstearaat werden elk toegevoegd met 0,5%.
Gegevens over de vlamvertragende prestaties van O-SEBS/PP-composieten met verschillende AHP:IFR-massaverhoudingen tonen aan dat naarmate het aandeel IFR toeneemt, de limiting oxygen index (LOI) van het materiaal eerst toeneemt en vervolgens afneemt. Alle formuleringen slaagden voor de UL94 V-0-classificatie (1,6 mm). Wanneer de massaverhouding van AHP tot IFR 1:8 was, bereikte de composiet de hoogste LOI-waarde van 34,8% en een verticale brandtijd van 1,5 seconden, wat dit als de optimale verhouding tussen AHP en IFR aangeeft.