1. Vlamvertragend Mechanisme (De Intumescente Werking)
APP functioneert voornamelijk als een intumescent vlamvertrager. Dit betekent dat het materiaal, wanneer het wordt blootgesteld aan hitte, opzwelt en een dikke, poreuze, koolstofhoudende laag (char) op het oppervlak vormt.Deze beschermende char-laag is cruciaal voor de vlamvertragende werking, die in drie hoofdfasen verloopt:
Fase 1: Zuurbron (Ontleding)
Bij verhitting (meestal boven 250°C) ontleedt APP en komt polyfosforzuur en ammoniakgas ontstaat.
(NH₄PO₃)ₙ → H₄P₄O₁₂-type polyfosforzuren + NH₃
- Fase 2: Carbonisatie (Char-vorming)
Het sterke, uitdrogende polyfosforzuur reageert met een koolstofbron (vaak een polyhydrische verbinding zoals pentaerythritol, dat deel uitmaakt van een intumescent systeem, of de polymeermatrix zelf). Deze reactie katalyseert de dehydratatie en carbonisatie van de koolstofbron, waardoor een koolstofrijke char ontstaat. - Fase 3: Schuimvorming (Expansie)
Het vrijgekomen ammoniakgas wordt gevangen in de viskeuze, gesmolten carboniserende massa. Dit zorgt ervoor dat de char gaat schuimen en dramatisch uitzet, waardoor een dikke, meercellige, lichtgewicht koolstofhoudende schuimlaag ontstaat.
Hoe deze Char-laag Werkt:
- Barrière-effect: De char fungeert als een fysieke barrière, die het onderliggende materiaal isoleert van de hitte van de vlam en het ontsnappen van brandbare vluchtige gassen voorkomt.
- Warmtegeleider: De ontledings- en expansieprocessen zijn endotherm, wat betekent dat ze warmte absorberen, waardoor het substraat afkoelt.
- Verdunnen: Het vrijgekomen niet-brandbare ammoniakgas verdunt de zuurstof en brandbare gassen in de buurt van de verbrandingszone.
2. Belangrijkste Kenmerken
- Halogeenvrij: APP bevat geen chloor of broom, waardoor het een milieuvriendelijkere keuze is, omdat het geen corrosieve of giftige dioxinen en furanen produceert tijdens de verbranding.
- Intumescent: De belangrijkste werking is het vormen van een beschermende, expanderende char-laag.
- Hoge Efficiëntie: Het is zeer effectief bij relatief lage toevoegingen in vergelijking met sommige andere minerale vlamvertragers.
- Goede Thermische Stabiliteit: APP heeft een hoge ontledingstemperatuur, waardoor het geschikt is voor polymeren die bij hoge temperaturen worden verwerkt.
- Lage Wateroplosbaarheid: APP-kwaliteiten met een hoger molecuulgewicht (langere ketens) hebben een zeer lage oplosbaarheid in water, wat cruciaal is voor toepassingen die een lange levensduur en weerstand tegen uitloging vereisen.
- Chemisch Inert: Het is over het algemeen niet-reactief binnen de polymeermatrix, waardoor de impact op de inherente eigenschappen van het polymeer wordt geminimaliseerd.
3. Voordelen en Nadelen
Voordelen:
- Uitstekende Brandbescherming: De intumescente char biedt superieure bescherming door een stabiele, isolerende barrière te creëren.
- Lage Rook en Lage Toxiciteit: Als een halogeenvrije vertrager produceert APP aanzienlijk minder rook en minder giftige gassen dan alternatieven op basis van halogenen, wat cruciaal is voor de veiligheid van levens.
- Milieuvriendelijkheid: De halogeenvrije aard sluit aan bij wereldwijde milieuvoorschriften (bijv. RoHS, REACH).
- Veelzijdigheid: Het is effectief in een breed scala aan polymeren, waaronder polyolefinen (polypropyleen, polyethyleen), coatings, verven, textiel en rubber.
- Synergie met Andere Additieven: APP werkt synergetisch met andere verbindingen (zoals melamine als blaasmiddel en pentaerythritol als koolstofbron) om de vlamvertraging te verbeteren.
Nadelen:
- Hydrolytische Gevoeligheid: APP kan gevoelig zijn voor vocht, vooral kwaliteiten met een lager molecuulgewicht. Langdurige blootstelling aan water/vochtigheid kan leiden tot hydrolyse, waardoor het afbreekt in kortere ketens (bijv. orthofosfaten), wat de effectiviteit vermindert. Dit vereist het gebruik van gestabiliseerde kwaliteiten met een hoog molecuulgewicht of beschermende coatings voor buitentoepassingen.
- Compatibiliteit en Verwerkingsproblemen: Hoge toevoegingen van APP kunnen soms de mechanische eigenschappen (bijv. slagvastheid) en de verwerkingsreologie van het polymeer beïnvloeden.
- Migratie/Blooming: In sommige polymeersystemen kunnen APP-deeltjes na verloop van tijd naar het oppervlak migreren, waardoor een fenomeen ontstaat dat "blooming" wordt genoemd, wat het uiterlijk van het oppervlak en de verfbaarheid kan beïnvloeden.
- Kosten van Intumescente Systemen: Hoewel APP zelf kosteneffectief is, kan een volledig intumescent systeem (APP + koolstofbron + blaasmiddel) duurder zijn dan eenvoudige vulstoffen zoals aluminiumtrihydroxide (ATH).
- Zure Aard: Het gegenereerde polyfosforzuur kan corrosief zijn voor verwerkingsapparatuur als het niet goed wordt beheerd.