Podle rozdílu ve způsobu zavádění lze retardéry hoření rozdělit na aditivní zpomalovače hoření a reaktivní zpomalovače hoření. Přídavné látky zpomalující hoření se obvykle začleňují do polymerů fyzikálním způsobem, který je ekonomický a vhodný pro použití, ale obecně mají špatnou kompatibilitu s polymery. Vady mechanických vlastností polymerních materiálů.
Na rozdíl od principu aditivních zpomalovačů hoření mohou reaktivní zpomalovače hoření tvořit kopolymery s monomery nebo provádět roubovací reakci na polymerech, takže materiály mohou mít trvalou zpomalovač hoření. Navíc reaktivní zpomalovače hoření mají malý vliv na mechanické a mechanické vlastnosti polymerních materiálů a pouze malé množství může dosáhnout lepšího účinku zpomalovače hoření, což je horké téma v současném výzkumu zpomalovačů hoření. Tento článek představuje především základní mechanismus zpomalování hoření reaktivních zpomalovačů hoření a stav aplikace epoxidové pryskyřice, polyuretanu, bavlněné tkaniny a papíru zpomalujícího hoření.
Zpomalovač hoření Mechanismus reaktivních zpomalovačů hoření
Spalovací proces polymerních materiálů je komplexní proces s vícefázovou reakcí, který je doprovázen jak fyzikálními, tak chemickými změnami. Reaktivní retardéry hoření vykazují různé mechanismy zpomalování hoření v různých systémech zpomalování hoření, které jsou způsobeny rozdíly ve složení samotných zpomalovačů hoření a materiálovými vlastnostmi různých polymerů. Obecně však lze mechanismus zpomalující hoření reaktivních zpomalovačů hoření rozdělit do dvou kategorií: mechanismus plynné fáze a mechanismus kondenzované fáze.
1. Mechanismus plynné fáze
Mechanismus zpomalování hoření v plynné fázi u reaktivních zpomalovačů hoření v souladu s procesem spalování zahrnuje jak fyzikální účinky, tak chemické reakce a více je synergický účinek obou. Fyzikální efekt se projevuje především v tom, že částečně reaktivní zpomalovač hoření dokáže absorbovat teplo v okolí, rozkládat se a uvolňovat nespalitelné plyny jako je dusík, čpavek a oxid uhličitý, které obvykle dokážou hořlavý plyn naředit v místě praskliny polymerního materiálu popř. ve středu plamene. Snižuje koncentraci těkavého plynu pod mez hoření, aby se zabránilo dalšímu hoření materiálu. Někdy mají vliv na odvod tepla i některé nehořlavé plyny, které mohou snížit teplotu okolního prostředí.
Chemický efekt se projevuje především v mechanismu záchytu volných radikálů. Například některé retardéry hoření na bázi fosforu mohou v prostředí s vysokou teplotou uvolňovat související volné radikály a reagovat s H. a O H., které přispívají ke spalování. V tomto případě lze zabránit řetězové reakci spalování a výrazně snížit teplo uvolňované plamenem.
2. Kondenzační mechanismus
Mechanismus zpomalující hoření reaktivních zpomalovačů hoření má v kondenzované fázi různé způsoby působení a nejběžnějším způsobem je tvorba uhlíku. Reaktivní zpomalovače hoření mohou obecně výrazně zvýšit tvorbu zuhelnatělých polymerů, zejména polymerů obsahujících kyslík, jako je epoxidová pryskyřice, celulóza atd.
Uhlíková vrstva se obecně tvoří v oblasti rozhraní plynné fáze a kondenzované fáze a má dobrý ochranný účinek. Lze jej považovat za ochrannou bariéru, která brání přenosu kyslíku a tepla ve vzduchu a dosahuje účinku inhibice tvorby hořlavých plynů. Vezmeme-li jako příklad aplikaci retardérů hoření na bavlněné tkaniny, mění se proces tepelného krakování makromolekulárního řetězce vlákna v kondenzované fázi a podporuje dehydrataci, síťování a další reakce a postupně vytváří uhlíkovou vrstvu. Množství uhlíkového zbytku se v procesu zvýšilo a množství spalitelného plynu se snížilo.
zpomalovač hoření z kondenzovaného uhlí
Reaktivní zpomalovače hoření mohou nejen zvýšit uhlíkový zbytek, ale také podporovat antioxidaci uhlíku a zabránit úplné oxidaci uhlíku na oxid uhličitý, čímž se sníží teplo uvolněné oxidací. Kromě tvorby zuhelnatělého materiálu zahrnuje způsob působení reaktivních retardérů hoření v kondenzované fázi také inhibici volných radikálů, mechanismus ovlivnění viskozity roztaveného polymeru a účinek povrchového povlaku.
Schematický diagram zpomalování hoření, jako je inhibice volných radikálů a tvorby uhlíku
Obvykle je hlavní funkcí reaktivních zpomalovačů hoření v materiálech zpomalujících hoření generovat nehořlavý plyn při spalování polymeru, zředit koncentraci hořlavého plynu, účinně snížit tepelný účinek materiálu během spalování a rozkladu a zvýšit účinek karbonizace. . množství, které brání přenosu kyslíku a tepla. Navíc poté, co jsou některé polymerní materiály ošetřeny reaktivními retardéry hoření, teplota vznícení se značně zvýší a také se dosáhne účinku retardéru hoření.
Jeho aplikace v polyuretanu
Polyuretan (PU) je polymer složený z organických jednotek spojených uretanem a má mnoho vynikajících vlastností, jako je dobrá odolnost proti hluku, tepelná izolace a odolnost proti opotřebení. Bez úpravy zpomalující hoření je limitní kyslíkový index (LOI) polyuretanového materiálu asi 18 procent, který se snadno spálí a uvolňuje velké množství tepla a toxických plynů, které jsou škodlivé pro lidské tělo. V současnosti polyuretanové reaktivní zpomalovače hoření obecně zavádějí skupiny s funkcemi zpomalující hoření do molekulární struktury polyuretanu prostřednictvím roubovací reakce, aby se zlepšil účinek zpomalující hoření a tepelná stabilita polyuretanových materiálů v prostředí s vysokou teplotou.
V modifikaci polyuretanových materiálů zpomalujících hoření se nejvíce používají zpomalovače hoření obsahující fosfor, které mají nejen dobrý účinek zpomalující hoření, ale mají také nízkou kouřivost a ochranu životního prostředí. Principem je zavedení fosforu do polyuretanu ve formě chemických vazeb jako jsou PO nebo PC vazby. V materiálové struktuře mají tyto kovalentní vazby větší vazebnou energii a silnější stabilitu.
Reaktivní samozhášecí polyuretanové materiály obsahující dusík obecně zavádějí melaminové skupiny do polyuretanové struktury prostřednictvím kovalentních vazeb. Melamin je stabilní krystalická sloučenina obsahující 67 procent atomů dusíku. Teplota dosahuje 350 stupňů. Sublimuje, absorbuje velké množství energie a snižuje okolní teplotu. A při vyšších teplotách se melamin rozkládá za vzniku dusíku a vytváří tepelně stabilní kondenzát.
Ve srovnání se zavedením jediného prvku zpomalujícího hoření je reaktivní zpomalovač hoření se dvěma nebo více prvky zpomalující hoření lepší z hlediska účinku zpomalujícího hoření a tepelné stability.
