窒素系難燃剤
窒素系難燃剤について、この記事ではメラミンとその誘導体に焦点を当てます。これらの誘導体の中には単独で使用できるものや、膨張性難燃剤の主成分となるものがあります。これらの難燃剤はハロゲンフリー、低発煙性、耐熱性、耐光性に優れ、難燃効果が高く、低コストです。問題点は、難燃化の対象となるプラスチックが加工しにくく、基材への分散性が低いことです。粒子サイズと粒子サイズ分布に対する要求はより厳しく、場合によっては係数剤が必要となります。メラミンの他に、メラミンシアヌレート（MCA）、リン酸塩、ホウ酸塩、グアニジン塩、ジシアンジアミド塩などがあります。これらの難燃剤はPA、PU、POに使用されます。PA、PU、PO、PET、PS、PVC、エポキシ樹脂に使用でき、繊維、塗料、木材、紙にも適しています。
窒素含有化合物を難燃剤として用いる主な用途の一つは、リン含有難燃剤と併用することで、リンと窒素の相乗効果を得ることです。窒素含有化合物とリン含有化合物を混合すると、セルロースに対する難燃効果は、個々の化合物の難燃効果の合計よりも高くなります。窒素はリン酸によるセルロースのリン酸化を促進し、膨潤による難燃効果に寄与します。そのため、多くの膨張性難燃剤の有効成分はリンと窒素です。
メラミン
メラミン（MA）は不燃性で、加熱すると容易に昇華し、急激に加熱すると分解します。メラミンが優れた難燃剤である理由は以下のとおりです。
- 分解反応は 250 ～ 450°C で起こり、大量の熱を吸収してアンモニアを放出し、さまざまな凝縮物を形成します。
- 物質の溶融挙動に影響を与え、炭化してコークス化するのを促進する能力。
メラミンは安価で、腐食性がなく、皮膚や目に刺激を与えず、変異原性もありません。欠点は、高温で分解すると有毒なシアン化物を生成することです。
メラミンは、特に膨張性難燃剤や難燃性ポリウレタン樹脂、トリアジン樹脂の成分として広く使用されている難燃剤です。液状リン酸エステルと組み合わせて使用されるメラミンは、ポリウレタンフォームの難燃化にも広く使用されています。
メラミンシアヌレート
メラミンシアヌレートは、メラミンとシアヌル酸の反応によって生成され、MCAとも呼ばれます。潤滑剤および難燃剤であり、白色結晶粉末で、無臭無味です。300℃以下で非常に安定しており、約350℃で昇華が始まりますが、分解しません。分解温度は約440～450℃です。MCAは窒素含有量が高く、吸湿しやすいため、高温で脱水すると炭化し、窒素ガスを燃焼させることで酸素濃度を薄め、発生したガスによってポリマーを分解します。さらに、ガス発生と熱対流によって熱の一部を奪うため、難燃性を発揮します。
MCAは、ゴム、ナイロン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリルエマルジョンなどのオレフィン樹脂に広く使用されています。MCAはエポキシ樹脂の難燃剤として使用され、酸素指数は24％から28％、46％から48％に上昇し、特に難燃性電気部品に適しています。酢酸ビニルエマルジョン、アクリレートエマルジョン、ゴムエマルジョンに添加することで、優れた塗膜密着性と平滑性を備え、着色汚染のない難燃性コーティングが得られます。
MCAは優れた特性を持つトリアジン系難燃剤であり、メラミン単独で使用するよりも、MCAを使用したり他の難燃剤と混合したりする方がはるかに効果的です。
メラミンホスホネート
メラミンホスホネートは、メラミンとモノフェニルホスホン酸から製造されます。欠点は、製造が困難であることと、ポリオレフィンとの混合時に発泡を防ぐため脱ガス処理が必要となることです。また、この難燃剤は着色汚染を引き起こす可能性があります。ポリオレフィンおよびポリスチレンの難燃剤として広く使用されています。
メラミンピロリン酸
メラミンピロリン酸は、メラミンをリン酸で処理し、250～270℃で加熱することで生成されます。繊維、織物、一部のプラスチックには多くの難燃剤が使用されていますが、ポリウレタンプラスチックに対する難燃効果は十分ではありません。一方、メラミンピロリン酸はポリウレタンプラスチックの難燃化に効果的に使用できます。難燃性ポリプロピレンは、ペンタエリスリトールとの反応生成物、またはペンタエリスリトールとリン酸との反応生成物によっても、不燃性で滴下しない炭化コークス材を形成します。
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