Cyanurate de mélamine (MCA) : autrefois un ignifuge sans halogène, analyse de ses avantages et inconvénients

Cyanurate de mélamine (MCA) : autrefois un ignifuge sans halogène, analyse de ses avantages et inconvénients

1. Vue d'ensemble

Cyanurate de mélamine (MCA), de formule moléculaire C₆H₃N₉O₃, est un composé préparé par réaction de salage acide-base de la mélamine et de l'acide cyanurique, le MCA présente les avantages d'une bonne résistance à la chaleur, d'une résistance à l'eau, d'une faible fumée, d'un prix bas, etc. Actuellement, le cyanurate de mélamine a été utilisé pour améliorer le caractère ignifuge de PA6, PP et PBT.Actuellement, le cyanurate de mélamine est largement utilisé pour améliorer les propriétés ignifuges et anti-gouttes du PA6, du PP et du PBT, et a obtenu de bons résultats.

Le MCA est une grosse molécule planaire formée par l’expansion continue de la mélamine et de l’acide cyanurique par liaison hydrogène.La formation de cette molécule est due au fait que les molécules de mélamine et d'acide cyanurique sont des molécules conjuguées planaires triazine, la mélamine a trois groupes complexes, tandis que l'acide cyanurique a trois groupes sec-amino ou hydroxyle (isomères réciproques), et les deux forment neuf des liaisons hydrogène dans trois directions, qui s'auto-assemblent en un immense réseau planaire de liaisons hydrogène avec une structure régulière, formant le MCA.Les deux forment neuf liaisons hydrogène dans trois directions, s'auto-assemblant ainsi en un grand réseau planaire de liaisons hydrogène avec une structure régulière, formant la molécule MCA.

Le MCA est une poudre blanche solide, inodore et insipide, à haute teneur en azote (48 % ± 2 %) et d'une densité de 1,5 g/cm.³.De par sa structure lamellaire, il a une sensation lubrifiante.Le composé est hydrophile, insoluble dans l'eau, dans les alcools, les esters et les solvants éthers, la solubilité est très faible, mais peut être bien dispersé dans les milieux huileux avec une stabilité élevée, 320 ℃ a commencé à se sublimer mais ne se décompose pas, température de décomposition d'environ 440 ~ 450 ℃.

Le MCA est un produit de chimie fine contenant de l'azote développé à l'étranger à la fin des années 1970. La Chine a commencé à développer des produits MCA au début des années 1980 dans le 4e m combustibles positifs à base de phosphore, utilisés pour la première fois dans les lubrifiants mécaniques, parallèlement au développement du Dans l'industrie des plastiques techniques, la demande du marché pour le MCA augmente progressivement et, au cours du second semestre 2017, il y avait autrefois une offre excédentaire de MCA sur le marché.

2. Méthode de synthèse du cyanurate de mélamine

La méthode de production du MCA est principalement la méthode de formation de sels en phase aqueuse de mélamine et d'acide cyanurique.La mélamine et l'acide cyanurique sont mis dans l'eau selon le rapport équimolaire, et le rapport de l'eau à la masse totale de mélamine et d'acide cyanurique est de 100 : (8 ~ 12), chauffés à 85 ~ 95 ℃, mis à réagir pendant environ 1 h, et puis filtré pour obtenir le produit MCA.

3. Caractérisation du cyanurate de mélamine

La figure suivante montre les spectres infrarouges du MCA, dans lesquels 3391 cm^-1 est le pic d'absorption des vibrations télescopiques de NH, et

3230 cm^-1 est le pic d'absorption caractéristique du groupe hydroxyle et l'existence de multiples pics d'absorption compris entre 3 000 et 2 500 cm - prouve l'existence de pics de liaison hydroxyle, provoqués par l'effet de liaison hydrogène dans la molécule MCA, 1 738 cm^-1 est le pic d'absorption des vibrations télescopiques du groupe C=O, 1664 cm^-1 est le pic d'absorption des vibrations télescopiques de la structure C=N sur l'anneau triazine, et 1449 cm^-1 est le pic d'absorption des vibrations télescopiques de la structure C=N sur l'anneau triazine et 1449 cm-1 pour le pic d'absorption des vibrations en étirement.

La courbe de perte de chaleur du MCA sous N₂ L'atmosphère est illustrée sur la figure. La température de décomposition à 1 % est supérieure à 320 ℃.

4. Mécanisme ignifuge des cyanurates de mélamine

Le MCA joue principalement le rôle de retardateur de flamme en phase gazeuse lorsqu'il est ignifuge.Le MCA absorbe la chaleur, se sublime et se décompose pendant le processus de combustion, évacuant la chaleur, et en même temps, il se décompose et émet des gaz inertes tels que l'ammoniac, qui diluent l'oxygène et les gaz inflammables, de manière à rendre le matériau ignifuge selon à la haute performance.En raison de son mécanisme ignifuge en phase gazeuse, le nylon ignifuge MCA (sans fibre de verre) est également chauffé à 600 ℃ C, la quantité de résidus de carbone est généralement de 0.

5. Principaux domaines d'application du cyanurate de mélamine (MCA)

Le MCA est couramment utilisé dans l'ignifugation du nylon, du caoutchouc, de la résine phénolique, de la résine époxy, de l'émulsion acrylique, du PVC et d'autres oléfines, avec un faible dosage et un bon effet ignifuge.Dans le même temps, le MCA est également un bon additif lubrifiant, un agent matifiant de revêtement et des additifs plastiques de qualité placage.

(1) nylon ignifuge MCA

L'ajout de 8 % de MCA dans PA6 peut amener le nylon à atteindre le niveau UL94 V-0, mais il n'est pas stable.Habituellement, dans 5 échantillons de test, il y en a 1 à 2 qui produiront le phénomène d'inflammation goutte à goutte, même si l'augmentation de la quantité de MCA ne peut pas changer la situation.Cependant, le MCA à l'échelle nanométrique a un effet ignifuge PA6 plus stable, l'ajout de 8 % de MCA peut permettre au PA6 d'atteindre le grade UL94 V-0.

La résistance à la traction du système ignifuge MCA PA6 est inférieure à celle du système PA6 pur, soit une légère diminution ;sa résistance aux chocs est d'environ 13 % inférieure à celle des produits en nylon pur ;cependant, ses performances ignifuges sont considérablement améliorées, valeur LoI de 22,3 % à 28,5 %, niveau ignifuge UL94 de V-2 à V-0 : l'indice de fluidité augmente légèrement, mais le MCA à l'échelle nanométrique entraînera une diminution de l'indice de fluidité. et une diminution de la fluidité.Cependant, le MCA à l’échelle nanométrique entraînera une diminution de l’indice de fusion et une diminution de la fluidité.

L'ajout de MCA dans la fibre de verre (GF)/PA66 peut permettre aux composites GE/PA66 d'atteindre le niveau V-0 de UL 94 ;Les cristaux de MCA sont uniformément dispersés dans la matrice de nylon et, pendant la combustion, le MCA se décompose par sa propre absorption de chaleur, génère un gaz non combustible, réalise un effet ignifuge en phase gazeuse et laisse des pores à l'échelle nanométrique sur la surface de carbone résiduel des matériaux composites.

(2) Ignifuge synergique MCA PET

Le MCA a été appliqué sur des rubans adhésifs ignifuges PET.En ajoutant du MCA dans la solution adhésive des rubans adhésifs PET, les rubans adhésifs PET peuvent avoir de meilleures propriétés ignifuges, c'est-à-dire qu'ils se carbonisent et se courbent et s'auto-éteignent lorsqu'ils sont allumés.

De plus, le MCA a également été utilisé pour préparer un ignifugeant mélangé au MCA PET, lorsque la teneur en phosphore était de 0,6 % et l'ajout de MCA était de 5 %, l'indice limite d'oxygène du matériau composite atteignait 28 % et UL 94 V- 0.Cela montre que l'ajout de MCA améliore les propriétés ignifuges de PET.

(3) Mousse de polyuréthane rigide ignifuge MCA (RPUF/MCA)

Le MCA a été utilisé comme ignifuge pour préparer le RPUF/MCA.30 parties de MCA ont permis aux composites RPUF/MCA d'atteindre le niveau V-1 de UL94, avec un indice d'oxygène ultime de 22,0 %.l'ajout de MCA a réduit à la fois la température de décomposition thermique initiale et la densité de la fumée de combustion des composites, ce qui a amélioré efficacement les propriétés ignifuges des composites.

6. Avantages et inconvénients du MCA

1. Stabilité thermique élevée : le MCA peut maintenir un effet ignifuge stable à haute température, pas facile à décomposer et peut réduire efficacement les performances de combustion du matériau.

2. Excellent effet ignifuge : le MCA peut former une couche protectrice dans le matériau, isoler efficacement la source de combustion, réduire la vitesse de propagation de la flamme et améliorer la qualité ignifuge du matériau.

3. Sans halogène : le MCA ne contient pas d'éléments toxiques tels que le brome et le chlore.4.

4. Bonne résistance au vieillissement thermique : le MCA a une bonne résistance au vieillissement thermique dans le matériau, ce qui peut prolonger la durée de vie du matériau.

5. Faible impact sur les propriétés du matériau : le MCA a un faible impact sur les propriétés physiques et les propriétés de traitement du matériau et a une large gamme d'applications.

Cependant, le cyanurate de mélamine présente certains inconvénients.Premièrement, son processus de production peut produire des gaz toxiques, polluant l’environnement.Deuxièmement, le prix du cyanurate de mélamine est élevé, ce qui augmente le coût de production du produit.De plus, à des températures élevées, le cyanurate de mélamine peut libérer des gaz toxiques pouvant nuire à la santé humaine.

Par conséquent, lors de l’utilisation du cyanurate de mélamine, il est nécessaire de prêter attention à ses impacts environnementaux et sanitaires et de rechercher des alternatives plus respectueuses de l’environnement et plus sûres pour promouvoir le développement durable des retardateurs de flamme.Dans le même temps, avec la prise de conscience croissante de la protection de l’environnement, les retardateurs de flammes verts et sans halogène deviendront la future tendance de développement.