Prema razlici u načinu unošenja, usporivači plamena se mogu podijeliti na aditivne usporivače plamena i reaktivne usporivače plamena. Dodatni usporivači plamena obično se ugrađuju u polimere na fizički način, što je ekonomično i prikladno za korištenje, ali općenito imaju slabu kompatibilnost s polimerima. Defekti u mehaničkim svojstvima polimernih materijala.
Za razliku od principa aditivnih usporivača plamena, reaktivni usporivači plamena mogu tvoriti kopolimere s monomerima ili izvoditi reakciju cijepljenja na polimerima, tako da materijali mogu imati trajnu otpornost na gorenje. Štoviše, reaktivni usporivači plamena imaju mali učinak na mehanička i mehanička svojstva polimernih materijala, a samo mala količina može postići bolji učinak usporenja plamena, što je vruća tema u trenutnim istraživanjima usporivača plamena. Ovaj rad uglavnom predstavlja osnovni mehanizam za usporavanje plamena reaktivnih usporivača plamena i status primjene epoksidne smole, poliuretana, pamučne tkanine i papira za usporavanje plamena.
Retardantni mehanizam reaktivnih usporivača plamena
Proces izgaranja polimernih materijala složen je proces s višefaznom reakcijom, koji je praćen fizikalnim i kemijskim promjenama. Reaktivni usporivači plamena pokazuju različite mehanizme usporenja plamena u različitim sustavima usporivača plamena, koji su uzrokovani razlikama u sastavu samih usporivača plamena i svojstvima materijala različitih polimera. Ali općenito, mehanizam za usporavanje plamena reaktivnih usporivača plamena može se podijeliti u dvije kategorije: mehanizam plinske faze i mehanizam kondenzirane faze.
1. Mehanizam plinske faze
U skladu s procesom izgaranja, mehanizam usporenja plamena u plinskoj fazi reaktivnih usporivača plamena uključuje i fizičke učinke i kemijske reakcije, a više je sinergijski učinak njih dvoje. Fizički učinak se uglavnom očituje u tome što djelomično reaktivni usporivač plamena može apsorbirati toplinu iz okoline, razgraditi i otpustiti nezapaljive plinove kao što su dušik, amonijak i ugljični dioksid, koji obično mogu razrijediti zapaljivi plin na pukotini polimernog materijala ili u središtu plamena. Smanjuje koncentraciju hlapljivog plina ispod granice izgaranja, kako bi spriječio nastavak izgaranja materijala. Ponekad neki nezapaljivi plinovi također imaju učinak odvođenja topline, što može smanjiti temperaturu okolnog okoliša.
Kemijski učinak se uglavnom ogleda u mehanizmu hvatanja slobodnih radikala. Na primjer, neki usporivači gorenja na bazi fosfora mogu osloboditi srodne slobodne radikale u okruženju visoke temperature i reagirati s H. i O H. koji doprinose izgaranju. U tom slučaju može se spriječiti lančana reakcija izgaranja, a toplina koju oslobađa plamen može se uvelike smanjiti.
2. Kondenzacijski mehanizam
Mehanizam usporenja plamena reaktivnih usporivača plamena ima različite načine djelovanja u kondenziranoj fazi, a stvaranje ugljika je najčešći način. Reaktivni usporivači plamena općenito mogu uvelike povećati stvaranje ugljena polimera, posebno polimera koji sadrže kisik, kao što su epoksidna smola, celuloza itd.
Ugljični sloj se općenito formira u graničnom području plinovite faze i kondenzirane faze, te ima dobar zaštitni učinak. Može se smatrati zaštitnom barijerom koja sprječava prijenos kisika i prijenos topline u zraku, te postiže učinak inhibicije stvaranja zapaljivih plinova. Uzimajući za primjer primjenu usporivača plamena na pamučne tkanine, mijenja proces reakcije toplinskog pucanja makromolekularnog lanca vlakana u kondenziranoj fazi i potiče dehidraciju, umrežavanje i druge reakcije, te postupno stvara sloj ugljika. Količina ugljičnog ostatka se u procesu povećala, a količina zapaljivog plina smanjila.
kondenzirana faza ugljen usporivač plamena
Reaktivni usporivači plamena ne samo da mogu povećati ostatke ugljika, već i potaknuti antioksidaciju ugljika i spriječiti da se ugljik potpuno oksidira u ugljični dioksid, čime se smanjuje toplina koja se oslobađa oksidacijom. Uz stvaranje ugljenika, način djelovanja reaktivnih usporivača plamena u kondenziranoj fazi također uključuje inhibiciju slobodnih radikala, mehanizam utjecaja viskoznosti rastaljenog polimera i učinak površinskog premaza.
Shematski dijagram usporavanja plamena kao što je inhibicija slobodnih radikala i stvaranje ugljena
Obično je glavna funkcija reaktivnih usporivača plamena u materijalima koji usporavaju plamen generirati negorivi plin kada polimer izgori, razrijediti koncentraciju zapaljivog plina, učinkovito smanjiti toplinski učinak materijala tijekom izgaranja i raspadanja i povećati učinak karbonizacije. . količinu, ometajući prijenos kisika i topline. Osim toga, nakon što se neki polimerni materijali tretiraju reaktivnim usporivačima plamena, temperatura paljenja se uvelike povećava, a postiže se i učinak usporivača plamena.
Njegova primjena u poliuretanu
Poliuretan (PU) je polimer sastavljen od organskih jedinica povezanih uretanom, i ima mnoga izvrsna svojstva kao što su dobra otpornost na buku, toplinsku izolaciju i otpornost na habanje. Bez tretmana usporivača plamena, granični indeks kisika (LOI) poliuretanskog materijala je oko 18 posto, koji se lako izgara i oslobađa puno topline i otrovnih plinova koji su štetni za ljudsko tijelo. Trenutno, poliuretanski reaktivni usporivači plamena općenito uvode skupine s funkcijama usporavanja plamena u molekularnu strukturu poliuretana reakcijom cijepljenja, kako bi se poboljšao učinak usporenja plamena i toplinska stabilnost poliuretanskih materijala u okruženjima s visokim temperaturama.
U modifikaciji poliuretanskih materijala usporivačima plamena najčešće se koriste usporivači plamena koji sadrže fosfor, ne samo da imaju dobar učinak usporenja plamena, već imaju nisku zaštitu od dima i okoliša. Princip je uvođenje fosfora u poliuretan u obliku kemijskih veza kao što su PO ili PC veze. U strukturi materijala ove kovalentne veze imaju veću energiju veze i jaču stabilnost.
Reaktivni poliuretanski materijali koji sadržavaju dušik koji usporavaju plamen, općenito uvode melaminske skupine u poliuretansku strukturu putem kovalentnih veza. Melamin je stabilan kristalni spoj koji sadrži 67 posto atoma dušika. Temperatura doseže 350 stupnjeva. Sublimira, upija puno energije i smanjuje temperaturu okoline. A na višim temperaturama, melamin se razgrađuje i stvara dušik i stvara termički stabilan kondenzat.
U usporedbi s uvođenjem jednog elementa usporivača plamena, reaktivni usporivač plamena s dva ili više usporivača plamena je bolji u smislu usporivača plamena i toplinske stabilnosti.
