Halogenierte und halogenfreie flammhemmende XPS-Formulierung

Extrudiertes Polystyrol (XPS) ist ein weit verbreitetes Dämmmaterial für Gebäude, dessen Flammschutzwirkung entscheidend für die Gebäudesicherheit ist. Die Entwicklung von Flammschutzmitteln für XPS erfordert eine umfassende Berücksichtigung von Flammschutzwirkung, Verarbeitungseigenschaften, Kosten und Umweltauflagen. Im Folgenden werden die Formulierungen von Flammschutzmitteln für XPS detailliert beschrieben und erläutert, wobei sowohl halogenierte als auch halogenfreie Lösungen berücksichtigt werden.

1. Gestaltungsprinzipien für XPS-Flammschutzmittelformulierungen

Hauptbestandteil von XPS ist Polystyrol (PS), dessen Flammschutzmodifizierung primär durch die Zugabe von Flammschutzmitteln erreicht wird. Bei der Formulierung sollten folgende Grundsätze beachtet werden:

• Hohe Flammwidrigkeit: Die Anforderungen an die Flammschutzmittel für Baumaterialien müssen erfüllt sein (z. B. GB 8624-2012).
• VerarbeitungsleistungDas Flammschutzmittel sollte den Schäum- und Formgebungsprozess von XPS nicht wesentlich beeinträchtigen.
• UmweltfreundlichkeitZur Einhaltung der Umweltauflagen sollten halogenfreie Flammschutzmittel vorrangig eingesetzt werden.
• KostenkontrolleKosten minimieren und gleichzeitig die Leistungsanforderungen erfüllen.

2. Halogenierte flammhemmende XPS-Formulierung

Halogenierte Flammschutzmittel (z. B. bromierte) unterbrechen die Verbrennungskettenreaktion durch die Freisetzung von Halogenradikalen und bieten dadurch eine hohe Flammschutzwirkung, bergen aber Umwelt- und Gesundheitsrisiken.

(1) Zusammensetzung der Formulierung:

• Polystyrol (PS): 100 phr (Basisharz)
• Bromiertes Flammschutzmittel: 10–20 phr (z. B. Hexabromcyclododecan (HBCD) oder bromiertes Polystyrol)
• Antimontrioxid (Synergist): 3–5 phr (verbessert die flammhemmende Wirkung)
• Schaumbildner: 5–10 phr (z. B. Kohlendioxid oder Butan)
• Dispergiermittel: 1–2 phr (z. B. Polyethylenwachs, verbessert die Dispersion des Flammschutzmittels)
• Schmiermittel: 1–2 phr (z. B. Calciumstearat, verbessert die Verarbeitungsflüssigkeit)
• Antioxidans: 0,5–1 Teil (z. B. 1010 oder 168, verhindert Abbau während der Verarbeitung)

(2) Verarbeitungsverfahren:

• PS-Harz, Flammschutzmittel, Synergist, Dispergiermittel, Gleitmittel und Antioxidationsmittel gleichmäßig vormischen.
• Treibmittel zugeben und in einem Extruder schmelzvermischen.
• Um eine ordnungsgemäße Schaumbildung und Formgebung zu gewährleisten, sollte die Extrusionstemperatur zwischen 180 und 220 °C liegen.

(3) Merkmale:

• VorteileHohe Flammschutzwirkung, geringe Additivmenge und niedrigere Kosten.
• Nachteile: Bei der Verbrennung können giftige Gase (z. B. Bromwasserstoff) entstehen, was Umweltbedenken aufwirft.

3. Halogenfreie, flammhemmende XPS-Formulierung

Halogenfreie Flammschutzmittel (z. B. auf Phosphor-, Stickstoff- oder anorganischer Basis) erzielen Flammschutzwirkung durch Wärmeabsorption oder die Bildung von Schutzschichten und bieten eine bessere Umweltverträglichkeit.

(1) Zusammensetzung der Formulierung:

• Polystyrol (PS): 100 phr (Basisharz)
• Flammschutzmittel auf Phosphorbasis: 10–15 phr (z. B.Ammoniumpolyphosphat (APP)oder roter Phosphor)
• Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis: 5–10 phr (z. B. Melamincyanurat (MCA))
• Anorganisches Hydroxid: 20–30 phr (z. B. Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid)
• Schaumbildner: 5–10 phr (z. B. Kohlendioxid oder Butan)
• Dispergiermittel: 1–2 phr (z. B. Polyethylenwachs, verbessert die Dispersion)
• Schmiermittel: 1–2 phr (z. B. Zinkstearat, verbessert die Verarbeitungsflüssigkeit)
• Antioxidans: 0,5–1 Teil (z. B. 1010 oder 168, verhindert Abbau während der Verarbeitung)

(2) Verarbeitungsverfahren:

• PS-Harz, Flammschutzmittel, Dispergiermittel, Gleitmittel und Antioxidationsmittel gleichmäßig vormischen.
• Treibmittel zugeben und in einem Extruder schmelzvermischen.
• Um eine ordnungsgemäße Schaumbildung und Formgebung zu gewährleisten, sollte die Extrusionstemperatur zwischen 180 und 210 °C liegen.

(3) Merkmale:

• VorteileUmweltfreundlich, es entstehen keine giftigen Gase bei der Verbrennung, entspricht den Umweltvorschriften.
• NachteileEine geringere Flammschutzwirkung und höhere Additivmengen können die mechanischen Eigenschaften und die Schäumleistung beeinträchtigen.

4. Wichtige Überlegungen bei der Formulierungsentwicklung

(1) Auswahl von Flammschutzmitteln

• Halogenierte FlammschutzmittelHohe Effizienz, birgt aber Umwelt- und Gesundheitsrisiken.
• halogenfreie FlammschutzmittelUmweltfreundlicher, erfordern aber höhere Mengen an Zusatzstoffen.

(2) Einsatz von Synergisten

• AntimontrioxidWirkt synergistisch mit halogenierten Flammschutzmitteln und erhöht dadurch die Flammschutzwirkung deutlich.
• Phosphor-Stickstoff-SynergieIn halogenfreien Systemen können phosphor- und stickstoffbasierte Flammschutzmittel zusammenwirken, um die Effizienz zu verbessern.

(3) Dispersion und Verarbeitbarkeit

• Dispergiermittel: Gewährleisten Sie eine gleichmäßige Verteilung der Flammschutzmittel, um lokal hohe Konzentrationen zu vermeiden.
• Schmierstoffe: Verbesserung des Verarbeitungsprozesses und Reduzierung des Geräteverschleißes.

(4) Auswahl des Schaumbildners

• Physikalische SchaumbildnerZum Beispiel CO₂ oder Butan, umweltfreundlich mit guter Schaumbildung.
• Chemische SchaumbildnerBeispielsweise Azodicarbonamid (AC), das eine hohe Schaumbildungseffizienz aufweist, aber schädliche Gase erzeugen kann.

(5) Antioxidantien

Verhindern Sie Materialabbau während der Verarbeitung und verbessern Sie die Produktstabilität.

5. Typische Anwendungen

• GebäudeisolierungWird in Dämmschichten für Wände, Dächer und Fußböden verwendet.
• KühlkettenlogistikIsolierung für Kühlhäuser und Kühlfahrzeuge.
• Andere BereicheDekorative Materialien, Schallschutzmaterialien usw.

6. Empfehlungen zur Optimierung der Formulierung

(1) Verbesserung der Flammschutzwirkung

• Gemischte FlammschutzmittelZum Beispiel Halogen-Antimon- oder Phosphor-Stickstoff-Synergien zur Verbesserung der Flammschutzwirkung.
• Nano-FlammschutzmittelBeispielsweise Nano-Magnesiumhydroxid oder Nano-Ton, wodurch die Effizienz gesteigert und gleichzeitig die Menge der Zusatzstoffe reduziert wird.

(2) Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

• HärtungsmittelBeispielsweise POE oder EPDM, wodurch die Zähigkeit und Schlagfestigkeit des Materials verbessert werden.
• VerstärkungsfüllstoffeZum Beispiel Glasfasern, die die Festigkeit und Steifigkeit erhöhen.

(3) Kostenreduzierung

• Flammschutzmittelverhältnisse optimieren: Reduzierung des Verbrauchs bei gleichzeitiger Erfüllung der Anforderungen an den Flammschutz.
• Kostengünstige Materialien auswählenZum Beispiel häusliche oder gemischte Flammschutzmittel.

7. Umwelt- und Regulierungsanforderungen

• Halogenierte FlammschutzmittelUnterliegt Einschränkungen durch Vorschriften wie RoHS und REACH; daher mit Vorsicht verwenden.
• halogenfreie Flammschutzmittel: Umweltauflagen einhalten und zukünftige Trends widerspiegeln.

Zusammenfassung

Die Formulierung von Flammschutzmitteln für XPS sollte auf spezifischen Anwendungsszenarien und regulatorischen Anforderungen basieren, wobei zwischen halogenierten und halogenfreien Flammschutzmitteln gewählt werden kann. Halogenierte Flammschutzmittel bieten zwar eine hohe Effizienz, sind aber umweltschädlich, während halogenfreie Flammschutzmittel umweltfreundlicher sind, jedoch höhere Additivmengen erfordern. Durch die Optimierung von Formulierungen und Prozessen lassen sich leistungsstarke, umweltfreundliche und kostengünstige Flammschutzmittel für XPS herstellen, die den Anforderungen der Gebäudeisolierung und anderer Anwendungsbereiche gerecht werden.

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