熱分析-TGDTA 利用熱分析評估各種無鹵(HF-Halogen free)阻燃劑(FR,Flame Retardant)的裂解及裂化溫度與特性

新聞提供:科邁斯集團發表日:2008/08/29
關鍵字: 無鹵 Halogen free 阻燃劑 Flame Retardants 耐燃劑 難燃劑 問題提問
利用熱分析評估各種無鹵(HF-Halogen free)阻燃劑(FR,Flame Retardant)的裂解及裂化溫度與特性
Thermo Gravimetry Differential Analysis on Flame Retardants
Introduction
       在高分子材料使用頻率與日俱增的同時,材料之耐燃技術的開發以及耐燃劑的添加日益受到重視。近來由歐盟(RoHS)發起之無鹵(HF-Halogen free)產品,對於在塑膠成形產品上使用鹵素(HF-Halogen free)阻燃劑普遍率超過50%的塑料產品上產生非常大之衝擊,改變阻燃劑勢必產生轉換時造成材料加工或產品的不穩定性, 利用熱重-示差同步分析儀(TG-DTA)評估材料阻燃或裂解效果是必要採取的方法之一。而耐燃劑的使用一般分為添加型和反應型兩種,所謂反應型即在聚合時與基材產生化學鏈結,屬化學成份改變之化學改質方法,其具有不揮發、不遷移及熱安定性等優點,但缺點為加工控制不容易,成本也較高。而添加型則是在高分子加工過程中添加,難燃劑與基材僅為單純的物理作用混合,屬微細構造改變之物理方法,較易揮發且可能產生遷移現象,但其優點為添加簡單、可任意變化配方及兼有塑化、填充的功效。 

添加型難燃劑    

       磷系難燃劑受熱時,先分解出磷酸,磷酸與高分子經由脂化脫水形成焦炭層,或脫水形成聚酸(poly acids)覆貍饇穨鱆磾惕峖走O護層而阻燃,其主要難燃原理為凝相阻燃機構,因其反應過程會產生水,所以也有冷卻和稀釋作用。水合無機物(以氫氧化鋁、氫氧化鎂為主)此類難燃劑具有低煙低毒價格較低廉等特性,在燃燒的過程中。水合無機物會吸熱分解產生水蒸氣及不具活性的氧化物,達到良好的阻燃效果。
 
Sample Description
樣品包括紅磷、氫氧化鎂、MPY(焦磷酸三聚氰胺)、氫氧化鋁、氧化鉬、碳酸鎂鈣等六項。
 
Test Instrument
Thermo Gravimetry/ Differential Thermal Analyzer(TG-DTA)
 
Test Principle & Methodology
       其原理為將樣品置於特定氣氛之下改變其溫度環境或維持在一固定溫度之下,觀察樣品的重量變化情形,進而推斷樣品的特性與組成。因此,熱重量分析儀(TG-DTA)中有兩大最重要的元件:溫度控制元件及重量量測元件。藉由兩者的結合,在不同溫度條件下的重量變化都能被完整的紀錄下來。
 
Test Condition:
測試溫度(℃):30℃~800℃
升溫速率:20℃/min
 
Test Table
 
項目
Lose Weight
(%)
TG 1
(Cel / )
TG 2
(Cel / )
TG 3
(Cel / )
TG 4
(Cel / )
TG 5
(Cel / )
TG 6
(Cel / )
紅磷
90.9
158.8
17.7
278.3
1.8
322.1
2.5
478.2
37.7
518.5
3.9
615.2
17.2
氫氧化鎂
36.1
245
2.1
413.8
1.3
449.6
3
523.9
1.9
-
-
MPY
71.9
331.8
4.9
408.4
22.1
480.8
19.7
598.8
15.7
658.9
8.8
 
氫氧化鋁
34.9
300.3
30.3
-
-
-
-
-
氧化鉬
99.4
325
6.3
415
1.3
874
92.2
-
-
-
碳酸鎂鈣
50
281.7
5
420.4
11.3
449.9
7.1
513.7
9.4
576.1
14.2
693.6
5.6

Discussion

        材料裂解溫度越高,表示材料越能耐高溫,也表示材料愈高溫時越穩定。炭化層的形有利保持材料之構造或形狀,減少可燃氣體生成,保護鄰接部位免於分解,妨礙可燃氣體與空氣接觸、混合,防止火焰之下材料崩解及阻礙燃燒條件之成立。
       耐燃劑的特性並非單獨耐燃劑評估就足夠,一般可先分析建立各種無鹵(HF-Halogen free)阻燃劑添加入材料前的特性資料庫, 添加後材料變化也可較容易了解原因進而研發各種阻燃劑與材料的搭配。
   
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