難燃剤の中でも、近年人気が高まり、供給不足に陥ったこともある難燃剤MCAがあります。MCA難燃剤とは一体何なのか、難燃剤の原理は理解できましたか？一緒に見ていきましょう！
窒素系難燃剤とは何ですか？
現在、窒素系難燃剤は主にメラミン、ジシアンジアミド、グアニジン塩（炭酸グアニジン、リン酸グアニジン、縮合リン酸グアニジン、スルファミン酸グアニジン）とその誘導体、特にリン酸誘導体の3種類に分類されます。
- メラミン
メラミンは、優れた発泡効果と緻密な炭素形成能を有し、膨張性耐火塗料の製造において発泡成分としてよく使用されます。難燃剤として単独で使用されるだけでなく、酸との反応によって生成される誘導体塩として一般的に使用される難燃剤は、PE、PP、PVCなどのプラスチックをはじめとする熱可塑性および熱硬化性プラスチックに広く使用されています。液状リン酸と組み合わせることで、メラミンは難燃性ポリウレタンフォームに広く使用されています。
- ジシアンジアミド
ジシアンジアミドは主にグアニジニウム塩系難燃剤の製造に使用され、メラミンの代替として、あるいはメラミンと併用することができます。欧州特許では、ジシアンジアミドを等量混合し、5%添加することでポリアミドにUL94 V-0の難燃効果を与えることができ、この難燃剤は材料の引裂強度にほとんど影響を与えないことが報告されています。さらに、ジシアンジアミドは木材用耐火接着剤の製造にも使用できます。
- グアニジン塩
グアニジン塩は、医薬品や染料の中間体として使用されるほか、木材、紙、段ボールなどのセルロース系材料の難燃剤としても広く使用されています。これらの難燃剤は、難燃効果が長期間持続し、無機難燃剤に比べて吸湿性が大幅に低く、優れた装飾性も備えているため、高級装飾木材の製造に広く使用されています。また、膨張性耐火塗料の発泡剤成分としても使用できます。
MCAはメラミンとシアヌル酸を一定の温度で製造し、水を媒体として合成した添加型難燃剤です。無毒、無臭、無味で、分解温度が高く（300℃で非常に安定、600℃以上で分解）、難燃効果が優れているだけでなく、加工時の煙が少なく、高分子材料との相性が良く、表面移行現象もありません。主にナイロン、PBT、PP、エポキシ樹脂、有機ケイ素、ポリウレタン、ゴムなどの高分子材料の難燃剤として使用されています。難燃効果が良好で、リン、臭素、アンチモン系難燃剤との相乗効果が良好で、他の添加剤と組み合わせて使用して良好な難燃効果を得ることもできます。経済的な観点から、ナイロン材料に最も効果的な難燃剤です。文献によれば、ナイロン 10、ナイロン 6、またはそれらの混合物に 66% の質量率の MCA を添加すると、UL94 V-0 難燃性規格を達成できることが報告されています。
難燃メカニズム
窒素系難燃剤は、熱分解によりアンモニア、窒素、深層窒素酸化物、水蒸気などの不燃性ガスを放出しやすいと一般的に考えられています。これらのガスの発生と難燃剤の分解により、ほとんどの熱が吸収され、ポリマーの表面温度が大幅に低下します。
そして、窒素などの不燃性ガスは、空気中の酸素やポリマーの熱分解によって生成される可燃性ガスの濃度を希釈する役割を果たすだけでなく、空気中の酸素と反応して窒素、水、深層酸化物を生成し、材料の表面で酸素を消費しながら、優れた難燃効果を実現します。
難燃性の利点
- 低毒性
生物学的実験によると、ハロゲン系難燃剤が同等の難燃性能を達成するために必要な毒性指数は窒素系難燃剤の5倍であり、窒素系難燃剤で処理された高分子材料の煙排出量は金属系無機難燃フィラーに次いで低いことが示されています。特に、火災発生時の煙密度は小さく、人々に脱出の機会を与え、初期消火作業を容易にします。
- 高い難燃性
ハロゲン化物、金属酸化物、リン酸塩系難燃剤、無機水和物、ヒドロキシル化合物、ホウ化物、ケイ酸塩、炭酸塩化合物、窒素化合物を含む各種難燃剤の発火時間と発熱速度の試験により、窒素系難燃剤の効率が最も高いことが示されています。
- 腐食性が低い
- 窒素含有化合物の燃焼時に生成されるガスは非常に腐食性が高いものの、電気製品に対しては大きな腐食効果はありません。実験では、窒素系難燃剤処理された電気導体または電気部品は、火災後も引き続き使用できることが示されています。
- 材料中の光安定剤と衝突しない
窒素ベースの難燃剤は、ハロゲン化物のように容易にフリーラジカルを生成できる基を持たないため、一部の材料では光安定剤を消費しません。
- 高い熱分解温度
難燃剤が加工中に分解して難燃性が低下する心配はありません。多重効果押出機で押出した後も、優れた機械的特性と難燃性を維持します。
- 環境にやさしい
廃棄物は環境汚染を引き起こしません。
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