پلی فسفات آمونیوم (APP) چیست؟ یک راهنمای ساده به انگلیسی برای پرکاربردترین مواد ضد شعله

پلی فسفات آمونیوم (APP) چیست؟

آمونیوم پلی فسفات - که معمولاً به عنوان APP یا آمونیوم پلی فسفات نوشته می شود - یک نمک معدنی است که از ترکیب آمونیاک و اسید فسفریک در زنجیره های طولانی فسفات تکرار می شود. به صورت پودر سفید ریز ظاهر می شود و در دمای اتاق تقریباً بی بو است. چیزی که APP را از نظر تجاری مهم می کند نقش دوگانه آن است: هم به عنوان منبع فسفر و هم منبع نیتروژن عمل می کند، دو عنصری که با هم کار می کنند تا احتراق را قطع کنند. به دلیل این شیمی، APP به ستون فقرات سیستم های مقاوم در برابر شعله (IFR) تبدیل شده است که در ده ها صنعت در سراسر جهان استفاده می شود.

برخلاف بازدارنده های شعله مبتنی بر هالوژن که هنگام سوختن گازهای سمی آزاد می کنند، APP یک بازدارنده شعله بدون هالوژن (HFFR) در نظر گرفته می شود. این تمایز باعث رشد بیشتر آن در دو دهه گذشته شده است زیرا تولید کنندگان از افزودنی های برومه و کلردار تحت قوانین سختگیرانه زیست محیطی در اروپا، آمریکای شمالی و آسیای شرقی دور می شوند.

چگونه پلی فسفات آمونیوم به عنوان یک ضد شعله کار می کند

APP به سادگی اشتعال مواد را سخت‌تر نمی‌کند، بلکه اساساً نحوه رفتار مواد را در هنگام مواجهه با گرما تغییر می‌دهد. مکانیسم به بهترین وجه در سه مرحله همپوشانی درک می شود.

مرحله منبع اسید

هنگامی که دما از حدود 150 تا 200 درجه سانتیگراد بالاتر می رود، APP شروع به تجزیه می کند و اسید پلی فسفریک آزاد می کند. این اسید به بستر غنی از کربن (مانند پلیمر یا الیاف چوب) حمله می‌کند و باعث واکنش کم آبی می‌شود، اتم‌های هیدروژن و اکسیژن را از مواد جدا می‌کند و یک اسکلت کربنی پایدار باقی می‌گذارد.

مرحله تشکیل کاراکتر

اسکلت کربن کم آب به یک لایه زغال سنگ متراکم متصل می شود. در همان زمان، جزء نیتروژن در APP - و در عوامل کمکی مانند ملامین یا پنتا اریتریتول - گازهای غیر قابل اشتعال مانند نیتروژن و دی اکسید کربن تولید می کند. این گازها ذغال را به یک فوم ضخیم و عایق پف می کنند. به این فرآیند، تشدید می گویند و سد فوم حاصل می تواند تا 50 برابر ضخامت اصلی خود منبسط شود.

مرحله سد عایق

کاراکتر متورم به عنوان یک سپر فیزیکی عمل می کند. این ماده زیرین را از گرمای تابشی عایق می کند، اکسیژن رسانی به منطقه احتراق را قطع می کند و انتشار گازهای فرار قابل اشتعال را کند می کند. آتش متوقف می شود زیرا هر سه عنصر مثلث آتش - گرما، اکسیژن و سوخت - به طور همزمان مختل می شوند.

ویژگی های کلیدی و نمرات APP

همه محصولات آمونیوم پلی فسفات معادل نیستند. عملکرد APP به شدت به درجه پلیمریزاسیون (طول زنجیره)، اندازه ذرات و عملیات سطح آن بستگی دارد. تولید کنندگان APP را در چندین درجه استاندارد عرضه می کنند که معمولاً به عنوان فاز I و فاز II طبقه بندی می شوند.

APP فاز II به دلیل حلالیت کم در آب (که از شسته شدن در محیط های مرطوب جلوگیری می کند) و دمای تجزیه بالای آن که به خوبی با دمای پردازش مورد استفاده در ترکیب پلیمری همسو می شود، بر کاربردهای بازدارنده شعله غالب است. نمرات APP درمان شده با سطح یا میکرو کپسوله شده، پیشرفت های بیشتری را ارائه می دهند: پراکندگی بهتر در ماتریس های پلیمری، کاهش جذب رطوبت، و سازگاری بهبود یافته با پلی اولفین هایی مانند پلی پروپیلن و پلی اتیلن.

کاربردهای صنعتی اصلی APP

محصولات ضد حریق پلی فسفات آمونیوم در هر جایی که مواد نیاز به رعایت استانداردهای اشتعال پذیری داشته باشند بدون تکیه بر شیمی هالوژنه استفاده می شود. صنایع زیر بیشترین حجم مصرف را به خود اختصاص داده اند.

پوشش های ضد آتش سوزی

فولاد تقریباً نیمی از استحکام ساختاری خود را در دمای 550 درجه سانتیگراد از دست می دهد که بسیار کمتر از دمایی است که در آتش سوزی ساختمان بدست می آید. پوشش‌های متورم حاوی APP روی تیرها، ستون‌ها و عرشه‌های سازه‌ای فولادی اعمال می‌شوند تا این افزایش دما را به تأخیر بیندازند و زمان در دسترس برای تخلیه و اطفاء حریق را افزایش دهند. هنگامی که در معرض آتش قرار می گیرد، پوشش به یک لایه زغال سنگ عایق به ضخامت چندین سانتی متر متورم می شود. رنگ های تشدید کننده مبتنی بر APP در ساختمان های تجاری، سکوهای دریایی، تونل ها و تاسیسات صنعتی تحت استانداردهایی مانند BS 476، EN 13381 و ASTM E119 مشخص می شوند.

پلاستیک ها و پلیمرهای مقاوم در برابر شعله

APP مستقیماً با پلی پروپیلن، فوم پلی اورتان، رزین های اپوکسی و الاستومرهای ترموپلاستیک ترکیب می شود تا به درجه بندی UL 94 V-0 یا V-2 برسد. در پلی پروپیلن، یک فرمول معمولی IFR APP را با پنتااریتریتول (یک منبع کربن) و ملامین (یک عامل دمنده گاز) با بارگیری کل 25 تا 35 درصد وزنی ترکیب می کند. ترکیب به‌دست‌آمده، الزامات بازدارندگی شعله برای محفظه‌های الکتریکی، پانل‌های داخلی خودرو، عایق کابل و اجزای دستگاه را برآورده می‌کند - همه بدون مشکلات پردازش مرتبط با سیستم‌های برم‌دار آنتیموان.

درمان چوب و مواد سلولزی

چوب یک بستر طبیعی غنی از کربن است که به طور ایده آل برای مکانیسم تشکیل زغال در APP مناسب است. APP در عملیات اشباع ضد حریق برای الوارهای مورد استفاده در سقف، کفپوش و پانل های دیوار و همچنین در رنگ های ضد حریق برای عناصر ساختاری چوبی استفاده می شود. چوب تیمار شده می تواند طبق استانداردهای EN 13501-1 به واکنش کلاس B یا C در برابر آتش نشان دهد. APP همچنین در تخته فیبر با چگالی متوسط ​​(MDF)، تخته خرده چوب، و ورقه های کاغذی برای مبلمان و کاربردهای مناسب که در آن کدهای ساختمانی نیاز به پخش شعله کمتر دارند، استفاده می شود.

کودهای کشاورزی

فاز I APP - گرید محلول در آب - یک کود غلیظ فسفر و نیتروژن کارآمد است. با تجزیه و تحلیل تقریباً 11٪ نیتروژن و 60٪ P2O5، هر دو درشت مغذی را در یک محصول واحد سازگار با سیستم های کود دهی مایع و محلول پاشی ارائه می دهد. در کشاورزی آبیاری دقیق، تولید گلخانه ای و عملیات ترکیب مایع استفاده می شود. این یک کاربرد شیمیایی متمایز از استفاده از بازدارنده شعله است، اما سهم عمده ای از حجم تولید جهانی APP را به خود اختصاص می دهد.

بازدارنده های آتش نشانی

در عملیات اطفای حریق هوایی و زمینی از فرمول های ضد حریق طولانی مدت استفاده می شود که حاوی APP یا نمک های فسفات آمونیوم به عنوان ماده فعال است. هنگامی که این دوغاب ها قبل از آتش سوزی رها می شوند، پوشش گیاهی و خاک را می پوشانند و پسماند فسفاتی از خود باقی می گذارند که حتی پس از تبخیر حامل آب، از احتراق جلوگیری می کند. محصولاتی مانند Phos-Chek که به طور گسترده توسط خدمات جنگلداری در آمریکای شمالی و استرالیا استفاده می شود، بر این شیمی متکی هستند.

APP در سیستم های Intumescent: انتخاب فرمول مناسب

APP در اکثر برنامه های بازدارنده شعله به صورت مجزا عمل نمی کند. به عنوان منبع اسید در یک سیستم تشدید کننده سه جزئی عمل می کند. سیستم کامل نیاز دارد:

• منبع اسید: پلی فسفات آمونیوم (APP) - در هنگام گرم شدن، اسید پلی فسفریک تولید می کند.
• منبع کربن (سازگار اولیه): پنتا اریتریتول، نشاسته، سوربیتول، یا خود ماتریس پلیمری - سوخت کربن دار را برای تشکیل زغال سنگ فراهم می کند.
• عامل دمنده گاز (کف کننده): ملامین، سیانورات ملامین یا اوره - گاز بی اثر تولید می کند تا ذغال سنگ را به یک ساختار عایق منبسط شده و با چگالی کم تبدیل کند.

نسبت بین این سه جزء، کیفیت و زمان تشکیل زغال را تعیین می کند. برای کاربردهای پوشش، بارگیری کل، نوع چسب و اندازه ذرات APP همگی بر چسبندگی، دوام مکانیکی و نسبت انبساط متورم تأثیر می‌گذارند. فرمول‌سازها معمولاً عملکرد را با استفاده از کالری‌سنجی مخروطی (ISO 5660) و آزمایش‌های کوره در مقیاس نیمکتی قبل از اقدام به آزمایش گواهینامه کامل ارزیابی می‌کنند.

هنگام انتخاب درجه APP برای یک برنامه خاص، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• دمای پردازش: اگر پلیمر بالاتر از 200 درجه سانتیگراد پردازش شود (به عنوان مثال، نایلون یا پلی استر)، از APP فاز II با پلیمریزاسیون بالا با پایداری حرارتی حداقل 280 تا 300 درجه سانتیگراد استفاده کنید تا از تجزیه زودرس در طول ترکیب جلوگیری کنید.
• مقاومت در برابر رطوبت: در محیط‌های خارج از منزل یا محیط‌های با رطوبت بالا، گریدهای APP میکرو کپسوله‌شده تا حد زیادی جذب رطوبت و در نتیجه از دست دادن بازدارندگی شعله را کاهش می‌دهند.
• اندازه ذرات: ذرات ریزتر (d50 < 10 میکرومتر) باعث بهبود پراکندگی در پوشش‌های مبتنی بر حلال و آب می‌شوند، اما ممکن است ویسکوزیته را افزایش دهند. نمرات درشت تر (d50 15-25 میکرومتر) در عملیات ترکیب مذاب راحت تر است.
• انطباق با مقررات: تأیید کنید که درجه مطابق با REACH است و در صورت لزوم، در صورت نیاز محصول نهایی، تحت مقررات مربوط به تماس با غذا یا ایمنی اسباب بازی فهرست شده است.

ایمنی، جابجایی، و مشخصات محیطی

پلی فسفات آمونیوم دارای مشخصات ایمنی و زیست محیطی مطلوبی نسبت به بیشتر مواد بازدارنده شعله قدیمی است. نکات کلیدی برای هندلرها و فرمول سازها عبارتند از:

• سمیت: APP دارای سمیت خوراکی حاد پایینی است (LD50 > 2000 mg/kg در مطالعات جوندگان) و طبق معیارهای GHS/CLP به عنوان سرطان زا یا جهش زا طبقه بندی نمی شود. اقدامات احتیاطی استاندارد بهداشت صنعتی - کنترل گرد و غبار، ماسک تنفسی مناسب برای جابجایی پودر ریز - اعمال می شود.
• سرنوشت زیست محیطی: APP در محیط به ارتوفسفات و آمونیاک تجزیه می شود که هر دو ترکیب طبیعی هستند. برخلاف بازدارنده های شعله ارگانوفسفره، تجمع زیستی ندارد. با این حال، از آنجایی که فسفر یک ماده مغذی است، برای جلوگیری از اوتروفیکاسیون باید از انتشار زیاد در آب‌ها اجتناب شود.
• ذخیره سازی: در شرایط خشک و دور از رطوبت نگهداری شود. فاز I APP مخصوصاً رطوبت سنجی است و در صورت قرار گرفتن در معرض رطوبت کیک می شود. گریدهای فاز II پایدارتر هستند اما همچنان باید در بسته بندی مهر و موم شده در دمای کمتر از 40 درجه سانتیگراد نگهداری شوند.
• مدارک بدون هالوژن: APP فاقد هالوژن است و دیوکسین، فوران یا گازهای هالید هیدروژن را در هنگام احتراق تولید نمی کند - یک مزیت بزرگ در فضاهای بسته مانند تونل ها، مراکز داده و کشتی های دریایی که سمیت دود یک نگرانی اساسی است.

روند بازار و آینده APP

تقاضای جهانی برای گریدهای مقاوم در برابر شعله پلی فسفات آمونیوم به طور پیوسته افزایش یافته است که توسط چندین روند همگرا هدایت می شود. چارچوب‌های RoHS و REACH اتحادیه اروپا، در کنار قوانین مشابه در چین (استانداردهای GB) و ایالات متحده (گزاره 65 کالیفرنیا و قانون نوسازی CPSC)، فرمول‌سازها را از سیستم‌های هالوژنه دور کرده است. APP، به عنوان یک جایگزین بدون هالوژن به خوبی تثبیت شده با چندین دهه داده های کاربردی، یک ذینفع مستقیم بوده است.

گسترش وسایل نقلیه الکتریکی تقاضای جدیدی را ایجاد می کند. محفظه‌های باتری، سیستم‌های مدیریت کابل، و اجزای پلیمری زیرزمینی، همگی به بازدارندگی در شعله نیاز دارند، و حساسیت بسته‌های باتری EV به ترکیبات حاوی هالوژن - که می‌توانند وسایل الکترونیکی را فرسایش دهند - باعث افزایش علاقه به سیستم‌های IFR مبتنی بر APP برای بسترهای پلی‌پروپیلن و پلی‌آمید شده است.

تحقیق و توسعه در حال حاضر بر روی چندین حوزه متمرکز شده است: نانوکپسولاسیون APP برای بهبود سازگاری با رزین های مهندسی، گریدهای APP واکنشی که به طور کووالانسی به ستون فقرات پلیمری متصل می شوند و نه اینکه صرفاً به عنوان پرکننده پراکنده شوند، و عوامل کمکی منبع کربن مبتنی بر زیستی مشتق شده از نشاسته و سلولز برای بهبود مشخصات کلی پایداری توده. این پیشرفت‌ها به تدریج پوشش عملکرد APP را به محدوده دما و انواع بستر گسترش می‌دهند، جایی که قبلاً برای رقابت با سیستم‌های هالوژنه تلاش می‌کرد.