Жалынға қарсы заттардың экологиялық тұрақтылығы электроника және электротехника пластиктері сияқты ұзақ мерзімді сенімділікті қажет ететін қолдану салаларында соңғы өнімдердің қызмет ету мерзімі мен қауіпсіздігін тікелей анықтайды. Алюминий негізіндегі фосфор негізіндегі отқа төзімді заттар, әсіресеалюминий гипофосфитіжәне алюминий гипофосфиті бірдей фосфор негізіндегі отқа төзімді жүйеге жатады, бірақ олардың өнімділігінің төмендеу жолдары мен жылдамдығы қатал жоғары температура мен жоғары ылғалдылық орталарында түбегейлі ерекшеленеді. Бұл мақалада төрт өлшем бойынша жүйелі салыстырмалы талдау жүргізіледі: молекулалық құрылым, химиялық байланыс тұрақтылығы, гидролиз механизмі, термиялық тотығу ыдырауы және оның матрицалық полимерге әсері.
Жұмыс өнімділігінің төмендеуінің көзі молекулалық құрылымның өзіне тән тұрақтылығынан басталады.
·Алюминий фосфиті: Оның химиялық формуласы Al(H₂PO₃)₃, өзегі үш оттегі атомымен және бір сутегі атомымен (немесе органикалық топпен, әдетте диэтилмен) байланысатын P-C байланысын немесе P-H байланысын құрайтын P (III) күйінде болатын фосфор атомы. Оның жалынға қарсы әсері негізінен карбонизацияға ықпал ететін конденсация механизмі арқылы қол жеткізіледі.
·Алюминий гипофосфиті: Оның химиялық формуласы Al(H₂PO₂)₃, фосфор атомы да P (I) күйінде, бірақ оның құрылымы екі оттегі атомынан және фосформен тікелей байланысқан екі сутегі атомынан тұрады. Оның сипаттамасы жоғары белсенді P-H байланыстарының болуы. Оның жалынға төзімділігі газ фазасын (бос радикалдарды ұстау) және конденсация механизмдерін біріктіреді.
Негізгі айырмашылық: P-H байланысының (алюминий гипофосфиті) реактивтілігі P-C байланысынан (алюминий гипофосфиті) әлдеқайда жоғары. Ылғалды және ыстық ортада P-H байланыстары су молекулалары мен жылу энергиясының шабуылдарына көбірек сезімтал болып, химиялық деградацияның әлсіз бастапқы нүктесіне айналады.
Жоғары температура және жоғары ылғалдылық (мысалы, 85℃/85% RH) орта материалдардың гидролиз процесін жылдамдатады.
·Алюминий фосфитінің гидролизі:
Оның гидролизі негізінен алюминий мен фосфат арасындағы координациялық байланысқа немесе органикалық функционалдық топқа шабуыл жасайды және жылдамдығы салыстырмалы түрде баяу. Гидролиздің негізгі өнімдері - фосфор қышқылы, гипофосфит және алюминий гидроксиді.
Al(H₂PO₃)₃ + H₂O → Al(OH)₃ + H₃PO₃ + ... (баяу процесс)
Бұл процесс бастапқы кезеңде фосфордың мазмұнына және жалынға қарсы тиімділікке салыстырмалы түрде аз әсер етеді, бірақ ұзақ мерзімді әсер ету жалынға төзімді заттардың тиімді компоненттерінің баяу жоғалуына әкелуі мүмкін.
·Алюминий гипофосфитінің гидролизі:
Жоғары белсенді P-H байланысы негізгі шабуыл нүктесі болып табылады. Су молекулалары P-H байланыстарымен әрекеттесіп, фосфин (PH₃, улы және жанғыш газ) және гипофосфит/фосфор қышқылын түзеді.
H₂PO₂⁻ (Алюминий гипофосфитінен) + H₂O → PH₃↑ + H₃PO₄
Бұл реакцияның екі өлімге әкелетін кемшілігі бар: 1 Жылдам реакция жылдамдығы тиімді мазмұнның тез төмендеуіне әкеледіалюминий гипофосфитіжәне жалынға төзімділіктің тез төмендеуі; 2. Шығарылған PH₃ газы полимердің ішінде микрокөпіршіктер мен бос орындардың пайда болуын тудыруы мүмкін, бұл материалдың механикалық тұтастығын бұзады және қауіпсіздікке қайталама қауіп төндіруі мүмкін.
Әлсіреу жылдамдығы туралы қорытынды: Бірдей жоғары температура мен жоғары ылғалдылық жағдайында алюминий гипофосфиті P-H байланыстарының химиялық тұрақсыздығына байланысты гидролиз жылдамдығы мен өнімділіктің нашарлау жылдамдығын айтарлықтай жылдам көрсетеді. Алюминий фосфиті ылғалды жылумен ұзақ мерзімді қартаю тұрақтылығын көрсетеді.
Жоғары температура (>150℃) өңдеу немесе пайдалану ортасы термиялық тотығу ыдырауын тудыруы мүмкін.
·Алюминий гипофосфитінің термиялық тұрақтылығы:
Бастапқы ыдырау температурасы әдетте жоғары (>300℃) және термиялық ыдырау процесі негізінен дегидратацияны, айқаспалы байланыстыруды және соңында алюминий пирофосфаты сияқты шыны тәрізді заттардың түзілуін қамтиды. Бұл процестің өзі тұрақты қорғаныс көміртекті қабатын қалыптастыруға көмектеседі. Ұзақ мерзімді термиялық қартаюда оның сапасының жоғалуы баяу және фосфор элементін ұстау жылдамдығы жоғары.
·Алюминий гипофосфитінің термиялық тұрақтылығы:
Оның бастапқы ыдырау температурасы да жоғары болуы мүмкін болса да, P-H байланысы аэробты және ылғалды атмосферада әлсіз нүктеге айналады. Термиялық тотығу P-H байланыстарының үзілуін күшейтіп, белсенді ингредиенттердің ыдырауын тездетіп қана қоймай, сонымен қатар полимер матрицасының ерте тотығу ыдырауын әлеуетті түрде қоздырады (өйткені оның ыдырау өнімдері каталитикалық тотығу әсерлеріне ие болуы мүмкін).
Өнімділікке техникалық қызмет көрсету туралы қорытынды: Таза жоғары температура жағдайында екеуінің арасындағы айырмашылық айтарлықтай болмауы мүмкін; Алайда, жоғары температураның оттегімен және ізді ылғалмен үйлесуі жағдайында алюминий фосфитінің тұрақты химиялық байланыстары бар, термиялық тотығудың ыдырауы баяу және өнімділік жақсырақ болады.
Жалынға қарсы заттардың ыдырау өнімдерінің өзі ұзақ мерзімді сенімділікті бағалаудың кілті болып табылатын полимер матрицасын «улауы» мүмкін.
·Алюминий гипофосфитінің ыдырауының әсері:
Фосфор қышқылы және фосфор қышқылы сияқты оның гидролизі немесе пиролизі нәтижесінде пайда болатын қышқыл өнімдердің жылдамдығы баяу және төмен концентрацияға ие және PA және PBT сияқты көптеген инженерлік пластиктердің молекулалық тізбегінің гидролизіне салыстырмалы түрде жұмсақ каталитикалық әсер етеді. Түзілген алюминий гидроксиді белгілі бір толтыру және түтін басатын әсерге ие болуы мүмкін.
·Алюминий гипофосфитінің ыдырауының әсері:
Қышқылды өнімдердің тез және жоғары концентрациясы (гипофосфор қышқылы, фосфор қышқылы) полиэфир және полиамид сияқты матрицалық шайырлардың гидролизін және деполимеризациясын күшті катализдейді, нәтижесінде полимердің молекулалық массасы күрт төмендейді және механикалық қасиеттер (әсіресе қаттылық) айтарлықтай жоғалады. Сонымен қатар, PH3 газынан туындаған ішкі тесіктер материалдың сынуын одан әрі жеделдете отырып, кернеудің шоғырлану нүктелеріне айналады.
Кері зақымдану туралы қорытынды: Алюминий гипофосфитінің тез ыдырауы тек өзінің істен шығуына байланысты емес, сонымен қатар полимерлі матрицаның жалпы қартаюын айтарлықтай жылдамдатады, тұйық циклді құрайды. Алюминий гипофосфитінің матрицаға теріс әсері әлдеқайда аз.
| Салыстырмалы өлшем | Алюминий фосфиті | Алюминий гипофосфиті |
| Ылғалды және ыстық ортадағы химиялық тұрақтылық | Жоғары (P-C байланысы тұрақты, баяу гидролиз) | Төмен (P-H байланысы белсенді, гидролиз жылдам және рН түзіледі) |
| Ұзақ мерзімді отқа төзімді өнімділікті сақтау жылдамдығы | Өте жақсы (белсенді ингредиенттердің баяу жоғалуы) | Нашар (белсенді ингредиенттердің жылдам ыдырауы) |
| Матрицалық полимерге теріс әсер ету | Шағын (қышқыл өнімдердің баяу және минималды түзілуі) | Үлкен (күшті қышқылдық өнім катализделген субстрат гидролизі) |
| Жоғары температурадағы термиялық тотығу тұрақтылығы | жақсы | Жалпы (оттегі/су сезімталдығы) |
| Ұсынылатын қолданба ортасы | Ұзақ мерзімді ауа-райына төзімділік пен жоғары сенімділікті талап ететін сценарийлер (мысалы, сыртқы электрондық құрылғылар, автомобиль қозғалтқыш бөлігінің құрамдас бөліктері, жоғары сапалы қосқыштар) | Электрлік өнімділікке өте жоғары талаптары бар қысқа мерзімді немесе құрғақ жоғары температуралы орталар (қатаң ылғалға төзімді тығыздағыш өңдеуді қажет етеді) |
Жоғары температура мен ылғалдылықтың қатал қартаю жағдайында,алюминий гипофосфиті, оның неғұрлым тұрақты P-C байланыс құрылымымен химиялық тұрақтылық, жалынға төзімділік сақтау және полимер матрицасын қорғау тұрғысынан алюминий гипофосфитінен асып түседі. Алюминий гипофосфитіндегі жоғары белсенді P-H байланысы оның өзіне тән әлсіздігі болып табылады, бұл оны гидролизге, термиялық тотығуға және ыдырауға бейім етеді және зиянды газдарды бөліп, матрицалық шайырдың ыдырауын тездетуі мүмкін.
Сондықтан, жоғары температура мен жоғары ылғалдылық жағдайында жаңа энергетикалық көлік батареясының модульдері, сыртқы 5G базалық станциясының құрамдас бөліктері және электронды компоненттер сияқты ұзақ мерзімді сенімділік пен ауа-райына төзімділікті көздейтін қолданбалар үшін алюминий фосфиті неғұрлым берік және берік таңдау болып табылады. Ылғалдылығы төмен, қысқа мерзімді жоғары температура немесе тамаша нығыздауы бар орталарда алюминий гипофосфитінің жоғары фосфор құрамы мен жоғары тиімділік артықшылықтарын қауіпсіз пайдалануға болады, бірақ қоршаған ортаға бейімделуді қатаң бағалау қажет.
Жалынға қарсы құралдарды таңдау олардың бастапқы өнімділігін таңдау ғана емес, сонымен қатар өнімнің бүкіл қызмет ету циклі бойына олардың істен шығу режимдері мен сенімділігін таңдау болып табылады. Молекулярлық деңгейде материалдардың әлсіреу механизмін түсіну материалды дәл таңдауға қол жеткізу, өнімнің сапасы мен қауіпсіздік мерзімін жақсарту үшін негізгі болып табылады.
