พลาสติกไม่ลุกติดไฟ (Flame Retardant) คืออะไร ปลอดภัยจริงไหม

กลไกของการเกิดไฟ

พื้นฐานการเกิดไฟตามหลักวิทยาศาสตร์จะต้องประกอบไปด้วย 3 องค์ประกอบหลัก คือ 1. เชื้อเพลิง 2. ออกซิเจน และ 3. ความร้อนที่เพียงพอ ดังนั้นวัสดุจำพวกพอลิเมอร์หรือพลาสติกที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ จึงเป็นเชื้อเพลิงชั้นดีที่ทำให้เกิดไฟลุกติดอย่างต่อเนื่อง (Chain reaction)

เส้นพลาสติก Filament สำหรับ 3D Printer หลายชนิดที่ผลิตมาจากธรรมชาติหรือปิโตรเลียม จึงสามารถลุกติดไฟได้ดี ซึ่งหากนำไปทำเป็นอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กทรอนิกส์ จะกลายเป็นเชื้อเพลิงอย่างดีหากเกิดอุบัติเหตุการลัดวงจรหรือเกิดการไหม้ขึ้น ตามคลิปด้านล่าง

ดังนั้นหากเป็นการผลิตในระดับอุตสาหกรรม จะมีการกำหนดสเปคของวัสดุพลาสติกที่นำมาใช้งาน โดยใช้มาตรฐาน UL (Underwriters Laboratories) รหัส UL 94: Test for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances หรือหากเป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จะมีมาตรฐาน IEC 60695-1 ถึง 60695-5 นอกจากนี้แต่ละประเทศก็จะมีมาตรฐานของตัวเองด้วย อย่างประเทศไทยเองก็มี มอก. (มาตรฐานอุตสาหกรรม) กำกับไว้ ทั้งนี้เพื่อป้องกันการเกิดไฟไหม้แล้วลามไปยังส่วนอื่นๆ จนสร้างความเสียหายเพิ่มมากขึ้น

สารเคมีที่ทำให้ไม่เกิดการติดไฟ

สารหน่วงการติดไฟ (Flame Retardant Agent) มีบทบาทสำคัญในการแก้ไขข้อจำกัดด้านการทนความร้อนของพอลิเมอร์หรือพลาสติก หากพลาสติกเกิดการเผาไหม้และติดไฟได้ง่ายจนเกิดเปลวไฟ กลุ่มควัน และไอพิษ ซึ่งเป็นอันตรายต่อร่างกายและระบบหายใจอย่างมาก ดังนั้นการใส่สารตระกูล Flame Retardant เพื่อช่วยลดการแพร่กระจายของเปลวไฟ ทำให้เกิดการลุกลามไฟช้าลง และยับยั้งการก่อตัวของควัน จึงเหมาะสำหรับการใช้งานประเภทที่ไม่ต้องการให้เกิดการติดไฟ โดยสารหน่วงการติดไฟหรือการลามไฟถูกแบ่งออกเป็นหลายประเภท

Halogen (Halogen-Based Flame Retardant) เป็นตระกูลสารหน่วงไฟที่มีฮาโลเจนเป็นองค์ประกอบหลัก และเป็นสารหน่วงไฟที่มีการใช้มากที่สุด ทั้งในพลาสติกและสิ่งทอ เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการหน่วงไฟได้ดี
Halogen free (Halogen Free Flame Retardant) ส่วนใหญ่จะประกอบไปด้วย Phosphorus, Ethylene Vinyl Acetate (EVA), Aluminium Tri Hydroxide (ATH) และ Polyethylene (PE) แม้ว่าผลิตภัณฑ์บางตัวจะใช้แมกนีเซียมออกไซด์แทน ATH เพื่อเป็นสารหน่วงไฟ

ปัจจุบันสารหน่วงการติดไฟชนิดที่นิยมใช้กันมาก คือ Halogen free เนื่องจากมีความปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพราะไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษเมื่อเกิดการเผาไหม้

สิ่งที่ควรคำนึงคือ สารหน่วงไฟบางชนิดเป็นสารก่อมะเร็ง และเมื่อเกิดการเผาไหม้จะเกิดแก๊สฮาโลเจน คือ HBr และ HCI ซึ่งเป็นแก๊สพิษที่เป็นอันตรายหากสูดดมเข้าไป โดยจะมีฤทธิ์ในการทำลายปอดและระบบทางเดินหายใจ และหากได้รับแก๊สนี้ในปริมาณมากอาจถึงแก่ความตายได้ นอกจากนี้สารหน่วงไฟประเภทฮาโลเจน เมื่อถูกเผาทำลายหรือนำไปรีไซเคิล จะก่อให้เกิดสารไดออกซิน (Dioxins) ที่มีโครงสร้างและความเป็นพิษสูง ซึ่งเป็นสารก่อมะเร็งที่แพร่กระจายในอากาศหรือลงสู่ดิน ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

นอกจากสารเคมีดังกล่าวจะมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการติดไฟของเชื้อเพลิง หรือเข้าไปรบกวนขั้นตอนในขบวนการสันดาป ทำให้อัตราการสันดาปช้าลง หรือขบวนการสันดาปหยุดชะงักลง สารเคมีที่มีคุณสมบัติในการหน่วงไฟได้ดีที่สุด ได้แก่ ฟอสฟอรัส แอนติโมนี คลอไรน์ โบรไมน์ โบรอน ไนโตรเจน เป็นต้น ซึ่งอยู่ในรูปสารประกอบที่แตกต่างกัน โดยสารประกอบที่ใช้เป็นสารหน่วงไฟในการดับไฟป่าที่เป็นที่รู้จักกันดีและใช้งานกันอย่างกว้างขวาง เช่น แอมโมเนียมซัลเฟต (AS, (NH4)2 SO4) และไดแอมโมเนียมฟอสเฟต (DAP, (NH4)2 H2 PO4) สารประกอบทั้งสองชนิดนี้ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากเนื่องจากมีประสิทธิภาพในการหน่วงไฟสูง อีกทั้งยังเป็นสารที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงกับปุ๋ยเคมีที่ใช้ในการเกษตร จึงหาได้ง่าย มีราคาถูก และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมไม่มากนัก ข้อควรระวังคือ สารหน่วงไฟบางชนิดอาจอยู่ทน ทำลายยาก และยังนิยมใช้กันอยู่ในอุตสาหกรรม เช่น แอมโมเนียมซัลเฟต และไดแอมโมเนียมฟอสเฟต แม้ว่าจะมีองค์ประกอบใกล้เคียงปุ๋ยเคมีการเกษตรมาก แต่หากใช้ในปริมาณมาก โดยเฉพาะเมื่อลงไปสะสมอยู่ในแหล่งน้ำ ฟอสเฟตจะทำให้น้ำเสีย มีผลกระทบร้ายแรงต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ หากเกิดการสะสมอยู่ในสิ่งมีชีวิต เช่น สารหน่วงไฟโบรมีน เมื่อปล่อยลงสู่แหล่งน้ำพบว่ามีผลต่อฮอร์โมนสัตว์น้ำ เกิดอันตรายต่อระบบสืบพันธุ์ และเป็นสารพิษต่อสัตว์น้ำ

สารหน่วงการติดไฟมีความสำคัญในการปรับปรุงคุณสมบัติของพอลิเมอร์หรือพลาสติก โดยเฉพาะในชิ้นงานที่ไม่ต้องการให้เกิดการติดไฟ เช่น ชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมยานยนต์ ชิ้นส่วนเครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุก่อสร้าง เฟอร์นิเจอร์ สิ่งทอ เป็นต้น ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน ทำให้ได้มีการพัฒนาสารหน่วงการติดไฟให้มีส่วนประกอบที่ปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เพื่อประโยชน์ในการใช้งานอีกด้วย

Flame Retardant Filaments

ปัจจุบันมีวัสดุสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer) ระบบ FDM จำนวนมาก ซึ่งในตลาดส่วนใหญ่เป็น PLA และ ABS เพราะวัสดุเหล่านี้มีคุณสมบัติที่สามารถตอบสนองความต้องการส่วนใหญ่ของการใช้งาน แต่ในวัสดุชนิดพิเศษบางอย่างจะมีสารหน่วงไฟทำให้ปลอดภัยมากขึ้น โดยมีอยู่ในวัสดุอย่าง ASA, PC, ABS, PEEK ซึ่งมีแบรนด์ดังหลายค่ายทำออกมาในเชิงพาณิชย์แล้ว และไม่ติดไฟ หรือมีการลามไฟช้ามากๆ เช่น

Firewire® Flame Retardant ABS (flame retardant level of UL94: V-0)
3D4MAKERS® ASA Filament (flame retardant level of UL94: HB)
MatterHackers® Flame Resistant Polycarbonate (FR-PC) (flame retardant level of UL94: V-2)
ThermaX™ PPS (flame retardant level of UL94: V-0)
FluorX™ PVDF (flame retardant level of UL94: V-0)
ThermaX™ PPSU (flame retardant level of UL94: V-0)

พอลิคาร์บอเนต หรือ PC (Polycarbonate) เป็นพลาสติกที่มีความแข็งแรงและทนต่อแรงกระแทกสูง วัสดุชนิดนี้ใช้ในการทำกระจกกันกระสุน และเป็นวัสดุที่มีแบบเส้นสำหรับใช้กับการพิมพ์ 3 มิติ นอกจากนี้ยังมีจุดเด่นในเรื่อง Flame Retardant อีกด้วย เนื่องจากมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและมีสารหน่วงไฟ โดยผ่านการทดสอบด้วยมาตรฐาน UL94 ให้ผลลัพธ์คือ V-2 ซึ่งทำให้ Flame Retardant Filament นี้เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักเบา เครื่องจักรและอื่นๆ

(https://filament2print.coml)

ผลการทดสอบการติดไฟและลามไฟของพลาสติกชนิดต่างๆ ไม่ว่าจะอยู่ในชั้นคุณภาพใด ก็สามารถนำไปใช้งานจริงได้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว หากชั้นคุณภาพผ่านการทดสอบอยู่ในระดับ HB มักใช้กับงานทั่วไป แต่ถ้าอยู่ในระดับ V-0 นิยมใช้ในการผลิตเป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้า ส่วนคุณสมบัติด้านต่างๆ ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้ได้อย่างดี และเหมาะกับการผลิตทางอุตสาหกรรมอีกด้วย

ตัวอย่างคุณสมบัติต่างๆ ของ ASA Filament