สารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนคืออะไร และคุณจะเลือกสารหน่วงไฟที่เหมาะสมได้อย่างไร

สารหน่วงการติดไฟเป็นส่วนมาตรฐานของการผลิตโพลีเมอร์และสายเคเบิลมานานหลายทศวรรษ ในประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ เคมีหลักอาศัยสารประกอบฮาโลเจน ได้แก่ โบรมีนและคลอรีนที่มีประสิทธิภาพสูงในการหยุดการเผาไหม้ แต่จะปล่อยก๊าซพิษออกมาเมื่อเผาไหม้ เนื่องจากแรงกดดันด้านกฎระเบียบและมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมเข้มงวดทั่วโลก สารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน (HFFR) จึงได้เปลี่ยนจากความต้องการเฉพาะกลุ่มไปสู่ข้อกำหนดหลักในด้านอิเล็กทรอนิกส์ สายไฟและสายเคเบิล การก่อสร้าง และการขนส่ง บทความนี้จะอธิบายว่าจริงๆ แล้ว HFFR คืออะไร วิธีการทำงานของสารเคมีหลัก สถานที่ที่ใช้ และสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกสารเคมีสำหรับการใช้งานเฉพาะ

เหตุใดจึงมีสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน

สารหน่วงการติดไฟที่ใช้ฮาโลเจนแบบดั้งเดิม—สารประกอบโบรมีนและคลอรีนเป็นหลัก—ทำงานโดยปล่อยอนุมูลฮาโลเจนในระหว่างการเผาไหม้ อนุมูลเหล่านี้ขัดขวางปฏิกิริยาลูกโซ่อนุมูลอิสระที่ทำให้เกิดไฟ และทำให้เปลวไฟเป็นพิษอย่างมีประสิทธิภาพ กลไกนี้มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมสารหน่วงการติดไฟแบบโบรมีนจึงครองตลาดมาเป็นเวลานาน ปัญหาคือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อผลิตภัณฑ์ที่มีสารเหล่านี้เผาไหม้ด้วยไฟจริง โดยจะปล่อยก๊าซไฮโดรเจนโบรไมด์ (HBr) และไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) ซึ่งเป็นพิษเฉียบพลัน มีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างรุนแรงต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และอาจก่อให้เกิดการบาดเจ็บต่อระบบทางเดินหายใจอย่างรุนแรงกับทุกคนในพื้นที่ได้ การทำความสะอาดหลังเกิดเพลิงไหม้ในโรงงานโดยใช้วัสดุที่มีฮาโลเจนมีค่าใช้จ่ายสูงและเป็นอันตรายมากกว่าในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากฮาโลเจนอย่างมาก

นอกเหนือจากสถานการณ์ไฟไหม้ การคงอยู่ของสารหน่วงไฟโบรมีนบางชนิดในสิ่งแวดล้อม—และแนวโน้มที่จะสะสมทางชีวภาพในสิ่งมีชีวิต—ได้ผลักดันให้เกิดการดำเนินการด้านกฎระเบียบอย่างดีก่อนที่ปัญหาความเป็นพิษจากไฟไหม้จะกลายเป็นประเด็นสำคัญ คำสั่ง RoHS (การจำกัดสารอันตราย) ของสหภาพยุโรปจำกัดโพลีโบรมิเนเต็ด ไบฟีนิล (PBB) และโพลีโบรมิเนเต็ด ไดฟีนิล อีเทอร์ (PBDE) ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ REACH ระบุสารหน่วงการติดไฟประเภทโบรมีนหลายชนิดว่าเป็นสารที่น่ากังวลสูงมาก (SVHC) ในสหรัฐอเมริกา หลายรัฐได้ออกกฎหมายห้ามสารประกอบโบรมีนโดยเฉพาะ กฎระเบียบเหล่านี้ผลักดันความต้องการทางเลือกที่ปราศจากฮาโลเจนโดยตรง ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพการดับเพลิงแบบเดียวกัน โดยไม่มีความเป็นพิษและความรับผิดต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง

สารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนสี่ประเภทหลัก

สารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน เคมีไม่ใช่สารประกอบประเภทเดียว แต่ครอบคลุมสี่กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน โดยแต่ละกลุ่มทำงานผ่านกลไกที่แตกต่างกัน และเหมาะสมกับระบบโพลีเมอร์และข้อกำหนดการใช้งานที่แตกต่างกัน

สารหน่วงไฟที่มีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบหลัก

HFFR ที่มีฟอสฟอรัสเป็นสารเคมีปลอดฮาโลเจนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด และพบได้ในเทอร์โมพลาสติก เทอร์โมเซ็ต อีพอกซีเรซิน และการใช้งานด้านสิ่งทอ พวกมันทำงานผ่านกลไกเสริมสองกลไก ขึ้นอยู่กับสารประกอบและระบบโพลีเมอร์ ในขั้นตอนควบแน่น สารประกอบฟอสฟอรัสจะส่งเสริมการก่อตัวของชั้นถ่านคาร์บอนบนพื้นผิววัสดุเมื่อสัมผัสกับความร้อน ถ่านนี้ทำหน้าที่เป็นเกราะกั้นทางกายภาพที่จำกัดการเข้าถึงออกซิเจน และขัดขวางการถ่ายเทความร้อนกลับเข้าไปในวัสดุที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งทำให้การเผาไหม้ช้าลง ในสถานะแก๊ส สารประกอบออร์กาโนฟอสฟอรัสบางชนิดจะปล่อยอนุมูลที่มีฟอสฟอรัสออกมาซึ่งจะขัดขวางปฏิกิริยาลูกโซ่การเผาไหม้ ซึ่งเป็นกลไกที่คล้ายคลึงกับวิธีการทำงานของฮาโลเจน แต่ไม่มีผลพลอยได้ที่เป็นพิษ

สารเคมี HFFR ที่มีฟอสฟอรัสหลัก ได้แก่ ออร์กาโนฟอสเฟต (เช่น รีซอร์ซินอล บิส (ไดฟีนิลฟอสเฟต), RDP และบิสฟีนอล A บิส (ไดฟีนิลฟอสเฟต), BDP), ฟอสโฟเนต, ฟอสฟีเนต (เช่น อะลูมิเนียม ไดเอทิลฟอสฟิเนต ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในโพลีเอไมด์และโพลีเอสเตอร์) และฟอสฟาซีเนส สารหน่วงไฟฟอสฟอรัสมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษในโพลีเมอร์ที่มีออกซิเจนและไนโตรเจน เช่น โพลีเอไมด์ โพลีเอสเตอร์ และอีพอกซี โดยที่เมทริกซ์โพลีเมอร์มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการเกิดถ่าน พวกมันมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในโพลีเมอร์ไฮโดรคาร์บอนล้วนๆ เช่น โพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน โดยไม่มีการทำงานร่วมกันหรือสารเติมแต่งร่วมเพิ่มเติม

สารหน่วงไฟและระบบเรืองแสงที่ใช้ไนโตรเจน

HFFR ที่ใช้ไนโตรเจน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเมลามีนและอนุพันธ์ของมัน (เมลามีนไซยานูเรต เมลามีนโพลีฟอสเฟต เมลามีนบอเรต) ทำงานโดยปล่อยก๊าซไนโตรเจนที่ไม่ติดไฟเมื่อถูกความร้อน ก๊าซเหล่านี้จะเจือจางความเข้มข้นของเชื้อเพลิงและออกซิเจนในบริเวณเปลวไฟ ส่งผลให้อัตราการปล่อยความร้อนลดลง เมลามีนไซยานูเรตใช้กันอย่างแพร่หลายในสารประกอบโพลีเอไมด์ (ไนลอน) ซึ่งมีสารหน่วงการติดไฟที่ดีที่ระดับการโหลดที่ค่อนข้างต่ำ โดยไม่มีการลงโทษคุณสมบัติเชิงกลที่เกี่ยวข้องกับระบบสารตัวเติมสูง

ระบบ Intumescent เป็นหมวดหมู่ย่อยที่เฉพาะเจาะจงและใช้งานได้จริงสูง โดยผสมผสานส่วนประกอบที่มีไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเข้าไว้ด้วยกัน สูตร Intumescent แบบคลาสสิกประกอบด้วยส่วนประกอบเชิงหน้าที่ 3 ส่วน ได้แก่ แหล่งกรด (โดยทั่วไปคือแอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต) สารที่ก่อให้เกิดถ่าน (เช่น เพนตะอิริทริทอล) และสารช่วยเป่า (มักเป็นเมลามีน) เมื่อถูกความร้อน แหล่งกรดจะสลายตัวและทำให้แห้งจากสารก่อถ่าน ในขณะที่สารช่วยเป่าจะปล่อยก๊าซซึ่งจะขยายถ่านที่เกิดขึ้นให้กลายเป็นชั้นโฟมความหนาแน่นต่ำที่มีความหนา โฟมคาร์บอนที่ขยายตัวนี้ช่วยปกป้องพื้นผิวจากความร้อนและเปลวไฟด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม สารเคลือบอินทัมเซนต์และระบบสารเติมแต่งอินทัมเซนต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการหุ้มสายไฟและสายเคเบิล โพลีเมอร์สำหรับอาคารและการก่อสร้าง และการป้องกันอัคคีภัยจากเหล็กโครงสร้าง

สารหน่วงไฟแร่อนินทรีย์

อะลูมิเนียมไตรไฮเดรต (ATH หรือที่รู้จักในชื่ออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์) และแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (MDH) เป็นสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนที่มีปริมาตรสูงสุดโดยจำแนกตามน้ำหนักทั่วโลก ทั้งสองทำงานผ่านกลไกการเจือจางทางกายภาพแบบเดียวกัน: เมื่อถูกความร้อนจนถึงอุณหภูมิสลายตัว (ATH ที่อุณหภูมิประมาณ 200°C, MDH ที่อุณหภูมิประมาณ 300°C) พวกมันจะปล่อยน้ำที่มีพันธะเคมีออกมา การสลายตัวแบบดูดความร้อนนี้จะดูดซับความร้อน ส่งผลให้อุณหภูมิของโพลีเมอร์ที่เผาไหม้ลดลง ในขณะที่ไอน้ำที่ปล่อยออกมาจะเจือจางก๊าซที่ติดไฟได้และออกซิเจนในบริเวณเปลวไฟ

ความแตกต่างในทางปฏิบัติระหว่าง ATH และ MDH คือความเสถียรทางความร้อน ATH เริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิประมาณ 200°C ซึ่งจำกัดไว้เฉพาะโพลีเมอร์ที่ผ่านกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำกว่านั้น โดยหลักแล้วคือโพลีโอเลฟินส์ เช่น สารประกอบ EVA, PE และ PVC ที่ผ่านกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำ การเริ่มต้นการสลายตัวที่สูงขึ้นของ MDH ทำให้เหมาะสำหรับเทอร์โมพลาสติกเชิงวิศวกรรมที่แปรรูปที่อุณหภูมิสูงกว่า เช่น โพลีโพรพีลีนและโพลีเอไมด์บางชนิด แร่ธาตุทั้งสองชนิดต้องการระดับการโหลดสูง (โดยทั่วไปคือ 40 ถึง 65% โดยน้ำหนักของสารประกอบ) เพื่อให้ได้ V-0 หรือสารหน่วงไฟที่เทียบเท่ากัน ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลและความสามารถในการแปรรูปของสารประกอบขั้นสุดท้ายอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ความท้าทายในระดับการโหลดนี้เป็นตัวขับเคลื่อนหลักสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิวและมีโครงสร้างนาโน ซึ่งช่วยให้เกิดการกระจายตัวและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นที่การโหลดที่ต่ำกว่า

แนวทางนาโนคอมโพสิตและไฮบริด

การพัฒนาสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนรุ่นล่าสุดมุ่งเน้นไปที่ระบบนาโนคอมโพสิตและระบบไฮบริดที่ผสมผสานเคมี HFFR ทั่วไปเข้ากับวัสดุระดับนาโน ซิลิเกตแบบเป็นชั้น (นาโนเคลย์) ไฮดรอกไซด์แบบเป็นชั้น (LDHs) ท่อนาโนคาร์บอน และกราฟีน ล้วนได้รับการตรวจสอบว่าเป็นส่วนประกอบที่เสริมฤทธิ์กัน ซึ่งปรับปรุงการหน่วงการติดไฟที่ปริมาณสารเติมแต่งทั้งหมดลดลง ซึ่งช่วยรักษาคุณสมบัติเชิงกลของพอลิเมอร์โฮสต์ วิธีการนาโนคอมโพสิตเหล่านี้ยังไม่เป็นที่นิยมในการใช้งานสินค้าโภคภัณฑ์เนื่องจากต้นทุนและความซับซ้อนในการประมวลผล แต่มีความเกี่ยวข้องมากขึ้นสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการบินและอวกาศ ซึ่งการแลกเปลี่ยนระหว่างระดับการโหลดและประสิทธิภาพทางกลเป็นสิ่งสำคัญ

วิธีที่นักเคมี HFFR เปรียบเทียบระหว่างพารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลักต่างๆ

การเลือกสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนที่เหมาะสมนั้นจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของเปลวไฟกับข้อกำหนดในการประมวลผล ผลกระทบต่อทรัพย์สินทางกล ต้นทุน และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ ตารางด้านล่างสรุปข้อดีข้อเสียหลักๆ ของกลุ่ม HFFR หลักทั้งสี่กลุ่ม

พื้นที่การใช้งานหลักและความต้องการแต่ละอย่าง

ลวดและสายเคเบิล

สายไฟและสายเคเบิลเป็นการใช้งานเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดสำหรับสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารประกอบสายเคเบิลฮาโลเจนเป็นศูนย์ควันต่ำ (LSZH หรือ LS0H) ในเหตุเพลิงไหม้ภายในอุโมงค์ ศูนย์ข้อมูล ยานพาหนะขนส่งสาธารณะ หรืออาคารสำนักงาน ควันและก๊าซพิษที่ปล่อยออกมาจากการเผาสายเคเบิลอาจมีอันตรายถึงชีวิตได้พอๆ กับไฟไหม้ สายเคเบิล LSZH ใช้สารประกอบ HFFR ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมี ATH หรือ MDH ปริมาณสูงในเรซินฐานโพลีโอเลฟิน ซึ่งมักผสมกับสารเติมแต่งที่ติดไฟได้ เพื่อให้เกิดทั้งการหน่วงการติดไฟและความหนาแน่นของควันต่ำ กองทัพเป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่นำมาตรฐาน LSZH มาใช้ ปัจจุบันเป็นมาตรฐานในระบบขนส่งมวลชน โครงสร้างพื้นฐานโทรคมนาคม และการใช้งานทางทะเลทั่วโลก มาตรฐานที่ควบคุมประสิทธิภาพของสายเคเบิล LSZH ได้แก่ IEC 60332 (การแพร่กระจายของเปลวไฟ), IEC 61034 (ความหนาแน่นของควัน) และ IEC 60754 (การปล่อยก๊าซกรดฮาโลเจน)

อิเล็กทรอนิกส์และแผงวงจรพิมพ์

การใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์มีข้อจำกัดที่เข้มงวดเป็นพิเศษกับสูตรสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน อีพอกซีเรซินที่ใช้ในแผงวงจรพิมพ์ FR4 มักมีสารหน่วงไฟด้วย tetrabromobisphenol A (TBBPA) ลามิเนต PCB ที่ปราศจากฮาโลเจนใช้สารประกอบฟอสฟอรัสที่ทำปฏิกิริยาได้ โดยทั่วไปคืออีพอกซีเรซินหรือสารบ่มฟอสฟาซีนที่ดัดแปลงด้วยฟอสฟอรัส ซึ่งบรรลุการจัดประเภทเปลวไฟ UL 94 V-0 ในขณะที่เป็นไปตามขีดจำกัดปริมาณฮาโลเจนที่กำหนดโดย IEC 61249-2-21 (ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน และไอโอดีนแต่ละรายการต่ำกว่า 900 ppm ฮาโลเจนทั้งหมดต่ำกว่า 1500 ppm) นอกเหนือจากการเคลือบ PCB แล้ว สารห่อหุ้ม ตัวเรือนตัวเชื่อมต่อ และส่วนประกอบการจัดการสายเคเบิลในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จำเป็นต้องมีสารประกอบ HFFR มากขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับ RoHS และข้อกำหนดเฉพาะของลูกค้า OEM ที่สำคัญ

อาคารและการก่อสร้าง

โฟมฉนวน ท่อร้อยสาย ฉนวนท่อ และวัสดุผนังที่ใช้ในอาคารอยู่ภายใต้ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการดับเพลิงที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามเขตอำนาจศาล แต่มีแนวโน้มในระดับสากลที่เข้มงวดมากขึ้นหลังจากเกิดเพลิงไหม้ระดับสูงที่เกี่ยวข้องกับระบบหุ้มที่ติดไฟได้ สารเคลือบและระบบสารเติมแต่งที่ปราศจากฮาโลเจนเป็นโซลูชัน HFFR หลักในการใช้งานโพลีเมอร์ในการก่อสร้าง ท่อโพลีโพรพีลีน แผงโฟมโพลียูรีเทน และท่อร้อยสายโพลีโอเลฟินส์ ล้วนใช้สารเติมแต่ง HFFR ซึ่งโดยหลักแล้วคือระบบที่มีการลุกลามหรือ MDH เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของรหัสอาคาร เช่น EN 13501 ในยุโรปและ ASTM E84 ในอเมริกาเหนือ

ยานยนต์และการขนส่ง

โพลีเมอร์ภายในในยานพาหนะ เช่น ผ้าหุ้มเบาะ ปลอกหุ้มสายไฟ ส่วนประกอบแผงหน้าปัด แผงบุหลังคา จะต้องเป็นไปตามมาตรฐานประสิทธิภาพการดับเพลิง ในขณะเดียวกันก็ลดก๊าซพิษและการปล่อยควันในพื้นที่จำกัด ภาคยานยนต์ส่วนใหญ่ใช้ HFFR ที่มีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบหลักในเทอร์โมพลาสติกเชิงวิศวกรรม เช่น โพลิเอไมด์และโพลีเอสเตอร์ รวมกับสารเสริมฤทธิ์ที่มีไนโตรเจนเป็นหลัก เพื่อให้บรรลุพิกัด UL 94 หรือ FMVSS 302 ที่ต้องการที่ระดับการโหลดที่ไม่กระทบต่อประสิทธิภาพเชิงกลของชิ้นส่วนโครงสร้างหรือกึ่งโครงสร้าง

มาตรฐานการกำกับดูแลที่ขับเคลื่อนการเลือก HFFR

การทำความเข้าใจว่ากฎระเบียบใดที่ใช้กับผลิตภัณฑ์หรือตลาดเฉพาะเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเลือก HFFR เนื่องจากกรอบการกำกับดูแลกำหนดเป้าหมายประสิทธิภาพขั้นต่ำอย่างมีประสิทธิผล และในบางกรณี จะจำกัดสารเคมีบางอย่างแม้ว่าจะอยู่ในประเภทที่ปราศจากฮาโลเจนก็ตาม

• คำสั่ง RoHS ของสหภาพยุโรป: จำกัด PBB และ PBDE ในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ที่วางในตลาดสหภาพยุโรป ตัวเองไม่ได้ควบคุมการใช้ HFFR แต่กำจัดทางเลือกอื่นที่ใช้โบรมีนทั่วไป ทำให้ HFFR เป็นเส้นทางการปฏิบัติตามข้อกำหนดในทางปฏิบัติสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่
• เข้าถึงรายการ SVHC: สารหน่วงการติดไฟประเภทโบรมีนหลายชนิดปรากฏอยู่ในรายชื่อสารที่ต้องกังวลสูงมาก ทำให้เกิดข้อกำหนดด้านการสื่อสารและการอนุญาตในห่วงโซ่อุปทาน การปรับสูตรใหม่ด้วย HFFR ช่วยลดภาระผูกพันของ SVHC สำหรับสารเหล่านั้น
• IEC 61249-2-21: มาตรฐานสากลหลักที่กำหนดขีดจำกัดปริมาณสารฮาโลเจนสำหรับวัสดุฐานของแผงวงจรพิมพ์ ตั้งค่าระดับสูงสุดสำหรับ F, Cl, Br และ I ทีละรายการและทั้งหมด
• มาตรฐาน UL 94: มาตรฐานการติดไฟที่มีการอ้างอิงอย่างกว้างขวางที่สุดสำหรับพลาสติกที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ไฟฟ้า อัตรา V-0, V-1 และ V-2 ระบุเวลาการเผาไหม้สูงสุดและพฤติกรรมหยดหลังจากการจุดระเบิด สารประกอบ HFFR จะต้องได้รับการจัดอันดับ UL 94 ที่จำเป็นสำหรับการใช้งานเป้าหมาย
• IEC 60332 / IEC 61034 / IEC 60754: มาตรฐานเฉพาะสำหรับสายไฟและสายเคเบิล ครอบคลุมการแพร่กระจายของเปลวไฟ ความหนาแน่นของควัน และการปล่อยก๊าซกรด ตามลำดับ พวกเขาร่วมกันกำหนดข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสายเคเบิล LSZH (ฮาโลเจนเป็นศูนย์ควันต่ำ)
• การห้ามของรัฐและระดับชาติ: รัฐของสหรัฐอเมริกาหลายแห่ง รวมถึงแคลิฟอร์เนียภายใต้ข้อเสนอ 65 และข้อห้ามเฉพาะของ TRIS และ TDCPP ได้จำกัดสารหน่วงการติดไฟที่ใช้ฮาโลเจนโดยเฉพาะในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค เฟอร์นิเจอร์ และผลิตภัณฑ์สำหรับเด็ก การแบนเหล่านี้ยังคงขยายขอบเขตออกไป

ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติเมื่อเลือกสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจน

การเลือก HFFR สำหรับการใช้งานเฉพาะไม่เพียงแต่ต้องจับคู่เคมีกับพอลิเมอร์เท่านั้น ปัจจัยเชิงปฏิบัติหลายประการกำหนดว่าระบบที่เลือกจะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือทั้งในด้านการผลิตและการบริการหรือไม่

ความเข้ากันได้ของอุณหภูมิการประมวลผล

สารหน่วงการติดไฟจะต้องมีความเสถียรทางความร้อนที่อุณหภูมิการประมวลผลของโพลีเมอร์ ตัวอย่างเช่น ATH ไม่เหมาะสำหรับสารประกอบใดๆ ที่ถูกแปรรูปที่อุณหภูมิสูงกว่า 200°C สารหน่วงไฟประเภทพลาสติไซเซอร์ออร์กาโนฟอสเฟตสามารถระเหยได้ในระหว่างการประมวลผลที่อุณหภูมิสูง ลดความเข้มข้นที่มีประสิทธิผลในชิ้นส่วนที่เสร็จแล้ว และสร้างปัญหาการสะสมบนเครื่องมือ ตรวจสอบความเสถียรทางความร้อนของระบบ HFFR เทียบกับอุณหภูมิหลอมเหลวสูงสุดและเวลาคงอยู่ในอุปกรณ์การประมวลผลเสมอ ไม่ใช่แค่อุณหภูมิการประมวลผลปกติของโพลีเมอร์

ผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกล

สารหน่วงการติดไฟจากแร่อนินทรีย์ในระดับที่สูง ได้แก่ ATH และ MDH จะลดความต้านทานแรงดึง การยืดตัวเมื่อขาด และความต้านทานแรงกระแทกของวัสดุผสมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้โดยสัมพันธ์กับเรซินฐานที่ยังไม่ได้เติม ข้อดีข้อเสียนี้เป็นที่เข้าใจกันดีและสามารถจัดการได้ผ่านการปรับสภาพพื้นผิวของอนุภาคตัวเติม (โดยทั่วไปด้วยสารเชื่อมต่อไซเลนหรือกรดสเตียริก) และการเลือกเรซินพื้นฐานที่เข้ากันได้ สำหรับการใช้งานที่สมรรถนะทางกลเป็นสิ่งสำคัญ ระบบที่ใช้ฟอสฟอรัสหรือระบบเรืองแสงที่ได้ระดับเปลวไฟตามที่ต้องการที่ระดับโหลดต่ำกว่าเป็นที่ต้องการ แม้จะมีต้นทุนต่อหน่วยสารหน่วงไฟที่สูงกว่าก็ตาม

ความชื้นและความคงตัวของไฮโดรไลติก

ระบบหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนบางระบบไวต่อความชื้นในระหว่างกระบวนการผลิตหรือในการให้บริการ แอมโมเนียม โพลีฟอสเฟต ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในสูตรผสมหลายสูตร มีความไวต่อไฮโดรไลติกในรูปแบบที่ไม่เคลือบผิว และจะดูดซับความชื้นจากบรรยากาศ ส่งผลต่อพฤติกรรมการแปรรูปและประสิทธิภาพในระยะยาว เกรดไมโครแคปซูลหรือเคลือบพื้นผิวที่มีความคงตัวของไฮโดรไลติกที่ดีขึ้น มีจำหน่ายในราคาพรีเมียม และควรระบุสำหรับการใช้งานที่ต้องสัมผัสกับความชื้นหรือมีอายุการใช้งานกลางแจ้งที่ยาวนาน

คุณสมบัติสีและแสง

ฟอสฟอรัสแดงเป็นสารหน่วงการติดไฟที่ปราศจากฮาโลเจนที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่าสำหรับโพลีเอไมด์และเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมอื่นๆ แต่จะจำกัดสารประกอบสุดท้ายให้มีสีเข้ม โดยทั่วไปจะเป็นสีดำหรือสีแดงเข้มมาก ระบบที่ใช้เมลามีนและออร์กาโนฟอสเฟตมีผลกระทบต่อสีน้อยที่สุดและเข้ากันได้กับระบบใช้สีทุกประเภท สำหรับการใช้งานที่ต้องการสีขาว สีอ่อน หรือสีโปร่งใส การเลือกเคมี HFFR นั้นจำกัดอยู่กับระบบที่ไม่มีสีตามธรรมชาติ ซึ่งโดยทั่วไปจะจำกัดตัวเลือกสำหรับอนุพันธ์ของเมลามีน ออร์กาโนฟอสเฟตบางชนิด และ ATH หรือ MDH ที่การโหลดที่ไม่สร้างความทึบที่ยอมรับได้

การผสมผสานการทำงานร่วมกัน

ระบบ HFFR จำนวนมากทำงานได้ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อใช้ร่วมกับสารเสริมฤทธิ์รองมากกว่าการใช้สารเติมแต่งแบบสแตนด์อโลน ตัวอย่างเช่น ซิงค์บอเรตประสานกับ ATH และ MDH โดยมีส่วนทำให้เกิดถ่านและระงับแสงระเรื่อ ซึ่งช่วยให้โหลดตัวเติมทั้งหมดน้อยลงเพื่อประสิทธิภาพเปลวไฟเท่าเดิม การทำงานร่วมกันของไนโตรเจน-ฟอสฟอรัสในระบบ intumescent ซึ่งส่วนประกอบไนโตรเจนและส่วนประกอบฟอสฟอรัสทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการทำงานร่วมกันอย่างใดอย่างหนึ่ง ได้รับการยอมรับอย่างดีและใช้ประโยชน์ในสูตรผสม intumescent ในเชิงพาณิชย์ การทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ที่ทำงานร่วมกันสำหรับระบบโพลีเมอร์เป้าหมายสามารถลดการโหลดสารเติมแต่ง ต้นทุน และผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลได้อย่างมาก