무할로겐으로의 전환 탐색: 폴리프로필렌 응용 분야를 위한 난연성 마스터배치 최적화

폴리프로필렌 화재 안전의 진화

폴리프로필렌(PP)은 내화학성과 기계적 다양성으로 인해 자동차, 건설, 전자 분야에서 지배적인 소재로 입지를 굳혔습니다. 그러나 지방족 탄화수소 함량이 높기 때문에 본질적으로 가연성이 있으며 제한 산소 지수(LOI)는 약 17-18%로 대기 산소 농도보다 훨씬 낮습니다. 이를 위해서는 UL94 V-0과 같은 엄격한 안전 표준을 충족하기 위해 고성능 난연제(FR) 마스터배치를 사용해야 합니다.

현재 산업 환경은 전통적인 브롬계 시스템에서 고급 할로겐 프리 난연제(HFFR) 마스터배치로의 결정적인 전환을 목격하고 있습니다. 이러한 변화는 REACH 및 RoHS와 같은 규제 프레임워크뿐만 아니라 가공 중 연기 밀도를 낮추고 부식성을 줄여야 하는 필요성에 의해 주도됩니다. 현대의 마스터배치는 더 이상 화재를 진압하는 데 그치지 않습니다. 이는 폴리머의 기계적 완전성, UV 안정성 및 가공성을 유지해야 하는 가공된 첨가제입니다.

비교 분석: 할로겐화 시스템과 할로겐이 없는 시스템

올바른 마스터배치를 선택하려면 효율성, 비용 및 환경에 미치는 영향의 균형이 필요합니다. 할로겐화 시스템은 낮은 부하에서 높은 효율성을 제공하는 반면, 연기 독성이 우려되는 밀폐된 공간과 환경을 고려한 응용 분야에는 할로겐 프리 대안이 필수적입니다.

작용 메커니즘: 급진적 소거 대 팽창

라디칼 소거(할로겐화)

DBDPE(데카브로모디페닐 에탄) 또는 TBBPA(테트라브로모비스페놀 A)를 포함하는 기존 마스터배치는 기체상에서 작동합니다. PP가 점화되면 할로겐 라디칼(Br•)이 방출됩니다. 이러한 라디칼은 연소 사슬을 전파하는 반응성이 높은 수소 및 하이드록실 라디칼(H• 및 OH•)과 반응하여 효과적으로 불꽃을 "중독"시키고 발열 반응을 중단시킵니다. 삼산화안티몬($Sb_2O_3$)은 정확한 온도에서 할로겐 라디칼의 방출을 촉진하기 위해 거의 항상 상승제로 첨가됩니다.

팽창성 차르 형성(할로겐 없음)

인-질소(P-N) 기반 마스터배치는 주로 응축 단계에서 작동합니다. 가열 시 산 공급원(예: 암모늄 폴리포스페이트)은 탄소 공급원(종종 폴리머 자체 또는 펜타에리트리톨과 같은 상승제)을 탈수시켜 가교된 탄소질 숯을 생성합니다. 동시에, 발포제(예: 멜라민)는 불연성 가스를 방출하여 이 숯을 두꺼운 절연 폼 층으로 부풀립니다. 이 층은 물리적 장벽 역할을 하여 기본 폴리머로의 열 전달을 차단하고 산소가 연료원에 도달하는 것을 방지합니다.

마스터배치 분산을 위한 주요 공정 지침

의 효율성 PP용 난연 마스터배치 이는 압출 또는 사출 성형 중에 PP 매트릭스 내에 얼마나 잘 분산되는지와 직접적으로 연관되어 있습니다. 분산이 불량하면 가연성이 높게 유지되는 "핫스팟"이 발생하여 올바른 로딩 수준에도 불구하고 테스트 실패가 발생합니다.

• 온도 조절: 많은 무할로겐 팽창성 첨가제는 약 250°C에서 분해가 시작됩니다. 가공 온도는 배럴 내부 발포 메커니즘의 조기 활성화를 방지하기 위해 이 한도 아래로 엄격하게 유지되어야 합니다. 이로 인해 튀는 자국이 생기고 FR 효율성이 손실됩니다.
• 나사 디자인: 적당한 전단력을 가진 나사를 사용하십시오. 혼합이 필수적이지만 과도한 전단열은 난연성 첨가제의 품질을 저하시킬 수 있습니다. 용융물 과열 없이 균질성을 보장하려면 배리어 스크류 또는 전용 혼합 섹션(예: Maddock)을 사용하는 것이 좋습니다.
• 수분 관리: P-N 기반 마스터배치는 흡습성이 있는 경우가 많습니다. 마스터배치가 사전 건조되지 않은 경우(일반적으로 80°C에서 2~4시간) 가공 중에 수분이 증기로 변합니다. 이는 중합체의 가수분해 분해 및 은 줄무늬와 같은 표면 결함을 초래합니다.

일반적인 압출 결함 문제 해결

높은 부하의 난연성 마스터배치를 통합할 때 프로세서는 종종 특정 결함에 직면합니다. 이러한 문제를 해결하려면 공식화 및 기계 설정에 대한 체계적인 접근 방식이 필요합니다.

다이 빌드업(플레이트 아웃)

이는 난연제의 저분자량 성분이 다이 출구로 이동하여 축적되어 결국 제품 표면에 끌릴 때 발생합니다. 이를 완화하려면 마스터배치의 캐리어 수지와 베이스 PP 간의 호환성 문제를 확인하세요. 또한 다이 온도를 약간 낮추면 용융 강도를 높이고 마이그레이션을 줄일 수 있습니다.

블루밍

블루밍 appears as a white, powdery residue on the surface of the finished part days or weeks after production. This is often caused by the migration of the flame retardant to the surface due to incompatibility or excessive loading. Switching to a masterbatch with a polymerized, high-molecular-weight flame retardant that is anchored to the PP matrix is the most effective permanent solution.

충격 강도 감소

난연제는 폴리프로필렌의 결정 격자에서 오염 물질로 작용하여 종종 재료를 부서지기 쉽게 만듭니다. 충격 저항성이 중요한 경우 마스터배치 제제에는 상용화제(예: 말레산 무수물 접목 PP) 또는 충격 보강제(예: 엘라스토머)를 포함하여 UL94 등급을 손상시키지 않고 인성을 회복해야 합니다.