מעכבי הבעירה נתונים תחת העין הבוחנת של הרגולציה, שינויים חדים במחירים והשפעות פוליטיקה עולמית. אולם חברות אשר תשכלנה לבצע אדפטציות מהירות לסביבה המשתנה, תוכלנה להרוויח מיתרון משמעותי של הגעה מהירה לשוק
ייצור מעכבי הבעירה, FR, הוא תהליך מאתגר. לא רק טכנולוגית, אלא בעיקר בגלל הרגולציות המעורבות בו. אלו מבקשות להגביל חומרים בעלי השלכות סביבתיות מורכבות, לדוגמה יסודות הלוגניים, המשמשים כרכיב מסורתי, זמין ובמחיר משתלם. אם לא די בכך, באה מלחמת הסחר בין סין וארה"ב וגורמת לעליות חדות במחיר האנטימון – אחד המרכיבים המרכזיים של ה-Antimony Trioxide (ATO) – מעכב בעירה פופולרי במיוחד. האנטימון משמש כתחליף למעכבים ההלוגניים, ומהווה בסיס למחצית ממעכבי הבעירה בעולם.
ההיסטוריה של השימוש במעכבי בעירה
קיימות תעשיות רבות בהן השימוש ב-FR הוא הכרחי. לדוגמה בתעשיית הבניה והרכב, השימוש בהם הוא הכרחי לבטיחות האדם. תרכובות של זרחן, חנקן, כלור, ברום, בורון ואנטימון משמשות במרבית הפתרונות לעיכוב בעירה, על אף הנזקים הבריאותיים והסביבתיים האופייניים לחלקן.
השימוש במעכבי בעירה אינו חדש והחל לפני אלפי שנים בתרבות המצרית והסינית. כבר לפני 3000 שנה, המצרים השתמשו בעשבים וקנים הספוגים במי ים לקירוי. כאשר התייבשו מי הים, המלחים המינרליים שהתגבשו עליהם פעלו כמעכבי בעירה.
דוגמה נוספת היא שימוש באלום (הידרט–אלומיניום–אשלגן–סולפט) וחומץ לצביעת עצים במקדשים עתיקים במזרח כדי להגן עליהם מפני האש. במערב, צבא האימפריה הרומית צבע את קורות העץ של מגדלי המצור בתערובת של אלום, חומץ וחימר כדי להגן עליו מפני שריפה מחיצי האש שירו מגיני העיר פיראוס בסביבות 87-86 לפנה"ס.
כמה סוגי FR קיימים? לא מעט
מעכבי בעירה מתחלקים לארבע קטגוריות עיקריות: אנאורגניים, מבוססי זרחן, מבוססי חנקן והלוגניים אורגניים. לצידם, קיימים פולימרים שאינם זקוקים למעכבי בעירה בגלל העמידות המבנית שלהם. ביניהם נמנים PPS, PEI, פלואורופולימרים, PPSU וסוגים מסוימים של פוליקרבונטים.
מעכבי בעירה אנאורגניים: מבוססים על אנטימון (ATO), בשילוב ריכוז נמוך של הלוגן, מגנזיום הידרוקסיד, אבץ בוראט, אלומיניום הידרוקסיד ואבץ גופרתי. כאשר חומרים ממשפחה זו נחשפים לחום, הם אינם מתאדים אלא מתפרקים, לרוב בתגובה אנדותרמית, ומשחררים גזים לא דליקים, כגון אדי מים, פחמן דו חמצני, דו תחמוצת גופרית, מימן כלוריד וגזים אחרים. כמו כן, הם מגנים על פני השטח של החומר הפלסטי על ידי יצירת שכבת הגנה זכוכיתית שמונעת גישה לחמצן ולחום. הם נחשבים ידידותיים יותר לסביבה כי אחוז ההלוגנים בהם נמוך ובשריפתם נוצרים פחות תוצרי פירוק מזיקים.
מעכבי בעירה אורגאניים מבוססי חנקן: בקטגוריה זו ניתן למצוא מלמין ונגזרותיו. גם הם יוצרים שכבת בידוד על פני השטח באמצעות גזים שמשתחררים במהלך הבעירה וגורמים לחומר להתנפח.
מעכבי בעירה הלוגנים אורגניים: מתבססים בעיקר על ברום וכלור. בשנת 2023, כ-35% מהשימוש העולמי בברום היה למעכבי בעירה. בזכות הפעילות הכימית הנמוכה שלהם, הם מאטים ומרסנים את קצב התפשטות הבעירה. נחשבים יעילים במיוחד אך נמצאים תחת הגבלות רגולטריות. אתגרים נוספים בשימוש בהם: העלאה משמעותית של צפיפות החומר, שחיקה של ציוד הייצור המתכתי בגלל תקיפה כימית וחלון עיבוד צר יותר.
מעכבי בעירה אורגניים מבוססי זרחן: כוללים בדרך כלל אסטרים של פוספט, זרחן אדום, אמוניום פולי–פוספטים ואמוניום אורתו–פוספטים. בפעולתם הופכים לחומצה זרחתית מעודדת את היווצרותה של פסולת פחמנית ומפחיתה את הפליטה של גזים דליקים. בהשוואה למעכבי הבעירה ההלוגנים, הם אינם מעלים את צפיפות החומר, אינם פוגעים בציוד הייצור ועיבודם נוח. לעומת זאת, בפוליאולפינים נדרש אחוז העמסה גבוה הפוגע בתכונות המכאניות ובנוחות העיבוד.
אי אפשר בלי מילה (או פיסקה) על רגולציות
ב-2023 פרסמה הסוכנות האירופית לכימיקלים (ECHA) אסטרטגיה רגולטורית למעכבי בעירה, המתמקדת בפתרונות הלוגניים ואורגנו-זרחתיים, המהווים 70% משוק מעכבי הבעירה האורגניים. מעכבים המבוססים על כימיה של ברום ותרכובות ארומטיות מועמדים להגבלה, זאת עקב סיכונים שונים לאדם ולסביבה. החלטה סופית תינתן בסיום מחקרים המצויים בעיצומם. בעתיד תיבחן הטלת מגבלות גם על מעכבים לא הלוגנים ואלו המבוססים על תרכובות אורגנו-זרחניות.
בארה"ב, מחלקת האקולוגיה של מדינת וושינגטון (WA DOE) מבקשת לקדם איסור על שימוש במעכבי בעירה הלוגניים במארזים של מוצרי צריכה אלקטרוניים לשימוש ביתי, תוך החרגת יישומים מסוימים בענפי הרכב, התעופה והחלל, מוצרים לשימוש בחיק הטבע, מוצרי חשמל "לבנים", וחלקי חילוף, אשר נכנסו עקב דרישות התעשיינים. התקנה המוצעת הועלתה לדיון בארגון הסחר העולמי ובכוונתן של קוריאה, סין ויפן להתנגד אליה.
ומה עם כוכב הרגולציות התורן – ה-PFAS?
חלק ממעכבי בעירה הנמצאים בשימוש נרחב עלולים להיחשב כנגזרת של PFAS על פי הצעת החקיקה האירופאית. לדוגמה, PTFE משמש לרוב במניעת טפטוף של חומרי גלם פלסטיים בעת דליקה, אבל בפורמולציות מסוימות הוא יכול לשמש גם כמעכב בעירה. יצרנים שמשלבים PTFE ו-K Perfluorobutane sulfonate (KPFBS), הידוע בכינויו Rimar Salt כבר בודקים חלופות אפשריות.
למרבה האירוניה, חלופות מצוינות למעכבי בעירה אלה הן טכנולוגיות ברום או זרחן אשר גם אסורים או מוגבלים לשימוש עקב הרגולציות. על כן, התחליף המוצע מבוסס על תכולה נמוכה של זרחן בסינרגיה עם תוספים נפוצים אחרים.
תקני ה-UL מובילים בבטיחות אש עם דירוגים רבים לתעשיות שונות
אחד התקנים המקובלים לבדיקת מעכבי הבעירה הוא ה-UL 94. יחד איתו קיימים תקנים משלימים המאפיינים את העמידות לבעירה ותכונות נוספות תחת תנאים שונים כמו: תקן UL 746E המתייחס לבטיחות חשמל ואש במוצרי אלקטרוניקה, תקן UL 746C מגדיר עמידות בבעירה ותכונות מכאניות תחת תנאי מזג אוויר (חשיפה ל-UV וטבילה במים). תקן UL 746B מגדיר עמידות חומר בבעירה לאחר חשיפה לטמפרטורות קיצוניות חמות וקרות במשך זמן ארוך, כמו גם תכונות מכאניות, עמידות בנגיפה ועוד. בבחירת מעכב הבעירה יש לשים לב לתנאי היישום הסופי ודרישות התקן הרלוונטי על מנת להגיע לתוצאות אופטימליות.
ובחזרה למלחמת הסחר והשפעתה על תעשיית ה-FR
בספטמבר 2024, ממשלת סין פרסמה החלטה להגביל את הייצוא של המתכת אנטימון. מחירה של המתכת הנדירה כבר היה בשיא של כל הזמנים עוד לפני ההודעה של הממשל הסיני, לאחר שהכפיל את עצמו עקב מחסור עולמי. סין היא יצרנית האנטימון הגדולה בעולם, עם 48% מהאספקה העולמית וייצוא של 83,000 טון בשנה שעברה. הגבלה חדשה זו חלה על שש תרכובות אנטימון שונות. בדצמבר 2024, כתגובה על שמועות שטראמפ מתכוון להעלות את מכסי המגן על ייבוא מסין ב-10% נוספים, הודיע משרד המסחר הסיני כי הוחלט לאסור כליל את הייצוא לארה"ב של אנטימון לצד מתכות נוספות החשובות לייצור שבבים אלקטרוניים. בממשל הסיני ציינו כי ההחלטה נבעה "מטעמי ביטחון לאומי". בתגובה, מחירי ה-ATO זינקו בכמעט 232% בהשוואה לשנה שעברה, והגיעו ל-38,000 דולר לטון!
באוקטובר 2024, פרסם משרד המסחר האמריקני החלטה על הטלתם של מכסי מגן כהקדמה להיטלי היצף על אסטרים של אלקיל פוספט שיובאו לארה"ב משלוש חברות סיניות (לפחות). אלו משמשים בעיקר כמעכבי בעירה ביישומי קצף פוליאוריטן קשיח וגמיש. מהלך זה גרם לעלייה של היטלי ההיצף מ-25% ל-35% עד 97%!
איך מחשבים מסלול מחדש?
עד לאחרונה התמריץ העיקרי לבחון מחדש טכנולוגיות של מעכבי בעירה היה שינויים בחקיקה הסביבתית בעולם, אלא שמלחמת הסחר המתעצמת בין ארה"ב לסין מחייבת בחינה מחדש של פתרונות ומוצרים לאור מחסור מלאכותי שמצב זה יוצר.
למרבה הצער, מאחר שתוספי ה-FR הם בעלי השלכות מכאניות, רגולטוריות וסביבתיות, החלפתם תחייב חזרה לנקודת המוצא של תכנון המוצר. מהנדסי מוצר רבים נעזרים בשרטוט של "משפך עיצוב-מוצר" כדי להציג לצוותים האחרים בחברה את המשמעות של השינוי הנדרש. משמעויות אלו כוללות: טיפול מקדים בחומר הגלם, כולל ייבוש, יציבות תרמית שונה של מעכבים הלוגנים ולא-הלוגנים, השפעת מעכב הבעירה על טמפ' ההיתך וזמני השהות במכונה. לאלו השלכות גם על צורת העבודה: סוגי הראנרים, לחצים, מילוי וניקוי של הבורג, אוורור התבנית, בחירת מתכות מתאימות לתבנית להגנה מחלודה, ניקיון ותחזוקה שוטפת של הציוד וטיפול בפחת.
המצב הקיים אינו רק מאתגר, קיימת בו גם הזדמנות עבור חברות גמישות מספיק היכולות לשקול מעבר מהיר למעכבי בעירה חליפיים תחת אילוצי רגולציה או השפעות מלחמות הסחר העולמיות. יצרנים אשר ישכילו מעבר יסודי ויעיל דרך משפל עיצוב המוצר יזכו ליתרון בהגעה לשוק או ייהנו מהזדמנות להחליף מוצרים היסטוריים.
למידע נוסף:
סורפול, עפר שורק, [email protected]
