1. Mekanisme Penahan Api (Aksi Mengembang)
APP terutama berfungsi sebagai penahan api yang mengembang. Ini berarti bahwa ketika terkena panas, ia menyebabkan material membengkak dan membentuk lapisan berpori, berkarbon, tebal (arang) di permukaannya.Lapisan arang pelindung ini adalah kunci dari aksi penahan apinya, yang terjadi dalam tiga tahap utama:
Tahap 1: Sumber Asam (Dekomposisi)
Saat dipanaskan (biasanya di atas 250°C), APP terurai dan melepaskan asam polifosfat dan gas amonia yang tebal, multiseluler, dan ringan.
(NH₄PO₃)ₙ → Asam polifosfat tipe H₄P₄O₁₂ + NH₃
- Tahap 2: Karbonisasi (Pembentukan Arang)
Asam polifosfat yang kuat dan mengering bereaksi dengan sumber karbon (seringkali senyawa polihidrat seperti pentaeritritol, yang merupakan bagian dari sistem mengembang, atau matriks polimer itu sendiri). Reaksi ini mengkatalisis dehidrasi dan karbonisasi sumber karbon, membentuk arang kaya karbon. - Tahap 3: Pengembangan (Ekspansi)
Gas amonia yang dilepaskan terperangkap di dalam massa karbonisasi yang kental dan meleleh. Hal ini menyebabkan arang berbusa dan mengembang secara dramatis, membentuk lapisan busa berkarbon yang tebal, multiseluler, dan ringan.
Cara Kerja Lapisan Arang Ini:
- Efek Penghalang: Arang bertindak sebagai penghalang fisik, mengisolasi material di bawahnya dari panas api dan mencegah keluarnya gas volatil yang mudah terbakar.
- Penyerap Panas: Proses dekomposisi dan ekspansi bersifat endotermik, yang berarti mereka menyerap panas, yang mendinginkan substrat.
- Pengenceran: Gas amonia yang tidak mudah terbakar yang dilepaskan mengencerkan oksigen dan gas yang mudah terbakar di dekat zona pembakaran.
2. Karakteristik Utama
- Bebas Halogen: APP tidak mengandung klorin atau bromin, menjadikannya pilihan yang lebih baik secara lingkungan karena tidak menghasilkan dioksin dan furan yang korosif atau beracun selama pembakaran.
- Mengembang: Aksi utamanya adalah membentuk lapisan arang pelindung yang mengembang.
- Efisiensi Tinggi: Sangat efektif pada muatan yang relatif rendah dibandingkan dengan beberapa penahan api mineral lainnya.
- Stabilitas Termal yang Baik: APP memiliki suhu dekomposisi yang tinggi, sehingga cocok untuk polimer yang diproses pada suhu tinggi.
- Kelarutan Air Rendah: Grade APP dengan berat molekul yang lebih tinggi (rantai yang lebih panjang) memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam air, yang sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan daya tahan jangka panjang dan ketahanan terhadap pencucian.
- Inert Kimia: Umumnya tidak reaktif di dalam matriks polimer, meminimalkan dampak pada sifat inheren polimer.
3. Keuntungan dan Kerugian
Keuntungan:
- Perlindungan Kebakaran yang Sangat Baik: Arang mengembang memberikan perlindungan superior dengan menciptakan penghalang isolasi yang stabil.
- Asap Rendah dan Toksisitas Rendah: Sebagai penahan api bebas halogen, APP menghasilkan lebih sedikit asap dan lebih sedikit gas beracun daripada alternatif berbasis halogen, yang sangat penting untuk keselamatan jiwa.
- Kompatibilitas Lingkungan: Sifatnya yang bebas halogen selaras dengan peraturan lingkungan global (misalnya, RoHS, REACH).
- Keserbagunaan: Efektif dalam berbagai polimer, termasuk poliolefin (polipropilena, polietilena), pelapis, cat, tekstil, dan karet.
- Sinergi dengan Aditif Lainnya: APP bekerja secara sinergis dengan senyawa lain (seperti melamin sebagai agen pengembang dan pentaeritritol sebagai sumber karbon) untuk meningkatkan penahanan api.
Kerugian:
- Sensitivitas Hidrolitik: APP dapat sensitif terhadap kelembaban, terutama grade dengan berat molekul yang lebih rendah. Paparan air/kelembaban yang berkepanjangan dapat menyebabkan hidrolisis, memecahnya menjadi rantai yang lebih pendek (misalnya, ortofosfat), yang mengurangi efektivitasnya. Hal ini memerlukan penggunaan grade stabil, berat molekul tinggi atau pelapis pelindung untuk aplikasi luar ruangan.
- Masalah Kompatibilitas dan Pemrosesan: Muatan APP yang tinggi terkadang dapat memengaruhi sifat mekanik (misalnya, kekuatan benturan) dan reologi pemrosesan polimer.
- Migrasi/Blooming: Dalam beberapa sistem polimer, partikel APP dapat bermigrasi ke permukaan seiring waktu, menyebabkan fenomena yang disebut "blooming," yang dapat memengaruhi penampilan permukaan dan kemampuan cat.
- Biaya Sistem Mengembang: Meskipun APP itu sendiri hemat biaya, sistem mengembang penuh (APP + sumber karbon + agen pengembang) bisa lebih mahal daripada pengisi sederhana seperti trihidroksida aluminium (ATH).
- Sifat Asam: Asam polifosfat yang dihasilkan dapat bersifat korosif terhadap peralatan pemrosesan jika tidak dikelola dengan benar.