Tel 66-2-920-7008
Fax 66-2-920-7267
E-mail sales@multipleplus.com
        เกี่ยวกับเรา สินค้า ติดต่อเรา ข่าวสารความรู้  
 
  ข่าวสารความรู้  
 

Non-Halogen Flame Retardants

By Joseph A. Serbaroli

แปลโดย  บจก. มัลติเพิลพลัส

เทอร์โมพลาสติกโดยทั่วไปนั้นจะลุกไหม้ได้ง่ายเมื่อได้รับอุณหภูมิที่สูงเพียงพอ  พลาสติกจะเผาไหม้โดยมีการผ่านขบวนการที่ได้รับความร้อนจนถึงขั้น pre-ignition เฟส หลังจากนั้นจึงติดไฟ ซึ่งจะเป็นการแตกตัวของโครงสร้างที่เป็นยาวแบบลูกโซ่ไปเป็น ไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรเจน และอนุมูลอิสระของไฮดรอกไซด์ ปฎิกิริยานี้จะเกิดขึ้นเมื่อพลังงานในการแยกสลายสูงและทำปฎิกิริยากับออกซิเจน ซึ่งจะปล่อยความร้อนออกมาทำให้ไฟลุกลาม

เฟลมรีทาร์แดนท์ (Flame Retardant) ใส่เข้าไปใน โพลีโอลีฟิน โพลีคาร์บอเนต โพลีเอไมด์ โพลีเอสเตอร์ และ โพลีเมอร์อื่น ๆ เพื่อจะเพิ่มความต้านทานต่อการติดไฟ ลดการแพร่กระจายของไฟ ยับยั้งการก่อตัวของควัน จุดประสงค์หลักของเฟลมรีทาร์แดนท์ก็เพื่อที่จะทำให้การติดไฟและการลุกลามของไฟช้าลง เพื่อที่จะมีเวลาให้คนที่อยู่ในบริเวณนั้นได้หนีทัน ส่วนจุดประสงค์รองลงมาก็คือเพื่อลดความเสียหายของทรัพย์สิน

พลาสติกที่มีส่วนผสมของเฟลมรีทาร์แดนท์จะใช้ใน บ้านเรือน ตึกสำนักงาน รถยนต์ ยานพาหนะหนัก เฟอร์นิเจอร์ ไฟเบอร์ และ การใช้งานอื่น ๆ โดยทั่วไปแล้วการใช้งานจะใช้กับงานที่ถูกบังคับจากข้อบังคับของอาคาร หรือมาตรฐานอุตสาหกรรม ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่ใช้เฟลมรีทาร์แดนท์ เช่น ฉนวนฝ้าเพดาน ตัวหลังของพรม ผ้าในรถยนต์ ส่วนประกอบของรถไฟและเครื่องบิน วัสดุทำเต็นท์ ที่นั่งในสเตเดียม ส่วนของวิทยุและคอมพิวเตอร์ สายไฟ และ อื่นๆ

ไฟจะติดได้ต้องมี เชื้อเพลิง ออกซิเจน และ วัสดุที่ติดไฟ เฟลมรีทาร์แดนท์จะใช้เป็นตัวขัดขวางการรวมตัวของสามสิ่งนี้ โดยจะเป็นทั้งตัวที่ทำให้สสารเย็นต่ำกว่าจุดติดไฟโดยการฟอร์มตัวเป็นของแข็งหรือแก๊สเพื่อป้องกันออกซิเจน หรือเป็นตัวที่ก่อให้เกิดแก๊สเฉื่อยเพื่อให้การติดไฟลดน้อยลง  การป้องกันแบบที่กล่าวมานี้สามารถทำได้โดยให้เย็นขึ้นโดยเฟลมรีทาร์แดนท์จะทำปฎิกิริยากับธาตุ ในสถานะที่เป็นแก๊ส หรือป้องกันโพลีเมอร์โดยการก่อตัวขึ้นเป็นชั้นของคาร์บอเนตที่ผิว ในทางการค้าแล้วเฟลมรีทาร์แดนท์จะมีส่วนผสมของโบรมีนกับคลอรีน หรือพวกที่มีฟอสฟอรัสเป็นหลัก หรืออีกพวกหนึ่งคือโลหะออกไซด์

 

 ฮาโลเจน เฟรม รีทาร์แดนท์ (Halogen Flame Retardant)

คอมพาวด์ที่ก่อให้เกิดฮาโลเจนโดยชนิดที่มีโบรมีนเป็นหลัก พวกนี้โดยส่วนมากจะใช้เป็นตัวยับยั้งการลามไฟในพลาสติก พวกนี้จะทำปฎิกิริยาคายความร้อนโดยการดึงอนุมูลอิสระหลังจากมันฟอร์มตัวขึ้นมา ซึ่งจะทำให้ลดแก๊สที่ทำให้ติดไฟ

ถ้าคำนึงถึงเรื่องประสิทธิภาพและราคาเป็นหลัก คอมพาวด์ที่มีส่วนผสมของโบรมีนจะเป็นตัวที่ดีกว่าตัวอื่น ถ้าคำนึงถึงคุณสมบัติด้านความแข็งแรงและการยืดหยุ่น (tensile and elongation)เป็นสิ่งสำคัญแล้ว ควรจะใช้เฟลมรีทาร์แดนท์ประเภทโบรมีน เพราะว่าพวกนี้จะให้เรซินยังคงคุณสมบัติทางกลและคุณสมบัติทางด้านกายภาพคงไว้ และยังคงดีในการขั้นการแปรรูปด้วย โดยเฉพาะพวกโพลีเอททีลีนและพวกโพลีโพรพีลีนฟิล์ม

เฟลมรีทาร์แดนท์พวกคลอรีนจะใส่เข้าไปในมาสเตอร์แบทช เช่น พาราฟฟินที่ทำให้เกิดคลอรีน (chlorinated paraffin) หรือพวกที่มีโครงสร้างเป็นไซโคลอะลิฟาติก(cycloaliphatic) ในแง่ที่พวกกลุ่มของ isocyanate ที่มีการสร้างพันธะยึดเหนี่ยวโดยตรงกับอนุมูลอิสระของ cycloaliphatic hydrocarbon (เช่น cyclohexane) เฟลมรีทาร์แดนท์พวกคลอรีนจะมีราคาต่ำกว่าพวกเฟลมรีทาร์แดนท์พวกโบรมีน และทนทานต่อแสงได้ดีกว่ากว่าพวกโบรมีน แต่ทนทานต่อความร้อนได้ต่ำกว่าพวกโบรมีน และกัดก่อนต่ออุปกรณ์มากกว่าพวกโบรมีนเฟลมรีทาร์แดนท์  พวก chlorinated cycloaliphatic จะมีความต้านทานอุณหภูมิได้สูงกว่าพวกพาราฟินเกรด และพวกนี้สามารถใช้ได้ถึงอุณหภูมิ 320 C

การที่จะใช้เฟลมรีทาร์แดนท์พวกโบรมีน และ คลอรีน จะต้องใส่สารตัวเร่งเข้าไปในสูตร ซึ่งในสูตรของมาสเตอร์แบทช์มักจะใช้ antimony trioxide ถึงแม้ว่าจะมีตัวอื่นที่ใช้ได้เช่นพวก zinc borate และ zinc molybdate ตัวเร่งพวกนี้จะไม่มีปฎิกิริยาต่อการเกาะยึดของเฟลมรีทาร์แดน ตัวเร่งยังช่วยกันการลามไฟด้วย โดยการฟอร์ม antimony trihalides และ antimony oxyhalides ซึ่งจะเป็นตัวขัดขวางไม่ให้เกิดปฎิกิริยาลูกโซ่ในสถานะแก๊ส.

 

Non-Halogen Flame Retardants

เฟลมรีทาร์แดนท์ที่ไม่ก่อให้เกิดฮาโลเจนจะมีสองพวกคือที่เป็นแบบฟอสฟอรัส หรือเรียกว่า char former ส่วนอีกพวกหนึ่งคือพวกโลหะออกไซด์ หรือเรียกว่า endothermic

เฟลมรีทาร์แดนท์ที่เป็นพวกฟอสฟอรัสเป็นหลักจะเป็นพวก organic , inorganic หรือ elemental phosphorus คอมพาวส์ ซึ่งจะรวมไปถึง organic phosphate esters, phosphates, halogenated phosphorus compounds, และ inorganic phosphorus-containing salts พวกนี้จะทำให้เฟลมรีทาร์แดนท์มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไป เช่นบางพวกจะขจัดไฮโดรเจนและไฮดอกไซด์ในสภาวะของก๊าซ หรือบางพวกจะให้กรดฟอสฟอริกออกมาเมื่อมีการลุกไหม้ ซึ่งกรดพวกนี้จะไปจำกัดการย่อยสลายของพวกโพลีเมอร์ต่อไป

ถึงแม้ว่าเฟลมรีทาร์แดนท์ที่มีฟอสฟอรัสเป็นหลักจะใช้ได้ดีมากในโพลีเมอร์ และพวกนี้จะสลายตัวที่อุณหภูมิการผลิตสูงกว่า 400 F แต่จะให้พวกกรดฟอสฟอริกออกมาจะมีผลให้คุณสมบัติของโพลีเมอร์ต่ำลงไป

โลหะพวกที่เป็นไฮดอกไซด์โดยมากจะใช้เป็นเฟลมรีทาร์แดนท์ที่ไม่เกิดฮาโลเจน หรือ non-halogenated flame retardants อลูมินัม ไตรไฮเดรท (aluminum trihydrate)จะมีราคาถูกและมีอยู่มาก  aluminum trihydrate จะฟอร์มตัวเป็นอลูมินัมออกไซด์ที่อุณหภูมิ 180 C ถึง 200 C แมกนีเซียมไฮดอกไซด์ก็มีผลคล้ายกับอลูมินัมทริไฮเดรท แต่แมกนีเซียมไฮดอกไซด์จะสลายตัวที่ 300 C 

ข้อด้อยที่เกิดขึ้นในขบวนการผลิตของพวกโลหะไฮดอกไซด์ เช่นการผลิตฟิล์ม จะต้องมีการเติมสูงถึง 65 % ซึ่งจะไปกระทบกับคุณสมบัติทางกลของโพลีเมอร์และความสามารถในการขึ้นรูปของโพลีเมอร์ด้วย

ตัวเคมีอื่น ๆ ก็จะส่งผลต่อการลามไฟในโพลีเมอร์ด้วย ซึ่งพวกโพลีเมอร์นี้รวมไปถึง คอมพาวด์ที่มีโบรอน, melamine และ ammonium sulfate ได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องสำหรับเฟลมรีทาร์แดนท์ชนิดใหม่ๆ ซึ่งรวมไปถึง polymer-clay nanocomposite  ซึ่งสามารถใช้งานในปริมาณการเติมที่ลดลง หรือเฟลมรีทาร์แดนท์พวกที่เป็นวัสดุที่มี silicon ซึ่งจะใช้สำหรับเคลือบผิวเมื่อเกิดการลุกไหม้ของไฟ

เฟลมรีทาร์แดนท์มาสเตอร์แบทช์จะมีสูตรที่แตกต่างกันตามต้องการ melt viscosity และ molecular structure  ของเรซิน อัตราส่วนที่ผสมจะมีผลต่อระดับการยับยั้งการลามไฟ 

 

วิธีการเลือก Flame Retardant

การที่จะเลือกเฟลมรีทาร์แดนท์ได้ถูกต้องกับงานนั้นจะต้องรู้ถึงความต้องการของเราดังต่อไปนี้

 ชนิดของเฟลมรีทาร์แดนท์ที่อนุญาติให้ใช้ได้กับงานนั้น เป็นแบบเฟลมรีทาร์แดนท์ธรรมดาที่เกิดฮาโลเจนได้ หรือเป็นแบบที่ไม่ให้เกิดฮาโรเจน (non-halogenated)

 มาตรฐานอะไรที่ผลิตภัณฑ์ถูกบังคับใช้ เช่น UL 94 ,E 84,MVSS, ASTM, หรือ VW-1

 ถ้าเป็นมาตราฐาน UL-94, จะต้องรู้ว่าเป็น V-2, V-1 หรือ V-0

 คุณสมบัติทางกลเช่นเปอร์เซ็นต์การยืดตัวหรือความแข็งแรง (elongation and tensile strength) มีความสำคัญมากน้อยแค่ไหนต่อผลิตภัณฑ์

 มีการบลูมมิ่งออกมาที่ผิวด้านนอกหรือไม่ เพราะอาจส่งผลต่อการใช้งานบางประเภท เช่น งานด้านการพิมพ์ , ซีลลิ่ง

 ผลิตภัณฑ์จะต้องทนทานต่อแสงแดด หรือ มีการใช้งานภายนอกหรือไม่

คำตอบเปล่านี้จะช่วยให้ผู้ผลิตคอมพาวน์และมาสเตอร์แบทชเลือกเฟลมรีทาร์แดนท์ได้เหมาะสมกับงานมากยิ่งขึ้น