Glede na razliko v načinu vnosa lahko zaviralce gorenja razdelimo na aditivne zaviralce gorenja in reaktivne zaviralce gorenja. Dodatni zaviralci gorenja so običajno vgrajeni v polimere na fizičen način, kar je ekonomično in priročno za uporabo, vendar so na splošno slabo združljivi s polimeri. Napake v mehanskih lastnostih polimernih materialov.
Za razliko od načela aditivnih zaviralcev gorenja lahko reaktivni zaviralci gorenja tvorijo kopolimere z monomeri ali izvajajo reakcijo cepljenja na polimere, tako da imajo materiali lahko trajno zaviranje gorenja. Poleg tega reaktivni zaviralci gorenja malo vplivajo na mehanske in mehanske lastnosti polimernih materialov in le majhna količina lahko doseže boljši učinek zaviralcev gorenja, kar je vroča tema v trenutnih raziskavah zaviralcev gorenja. Ta članek v glavnem predstavlja osnovni mehanizem zaviralcev gorenja reaktivnih zaviralcev gorenja in status uporabe epoksidne smole, poliuretana, bombažne tkanine in ognjevarnega papirja.
Ognjevarni mehanizem reaktivnih zaviralcev gorenja
Proces zgorevanja polimernih materialov je kompleksen proces z večfazno reakcijo, ki jo spremljajo tako fizikalne kot kemične spremembe. Reaktivni zaviralci gorenja kažejo različne mehanizme zaviranja gorenja v različnih sistemih zaviralcev gorenja, ki so posledica razlik v sestavi samih zaviralcev gorenja in lastnostih materialov različnih polimerov. Toda na splošno lahko mehanizem zaviralcev gorenja reaktivnih zaviralcev gorenja razdelimo v dve kategoriji: mehanizem plinske faze in mehanizem kondenzirane faze.
1. Mehanizem plinske faze
V skladu s postopkom zgorevanja mehanizem plinske faze zaviralcev gorenja reaktivnih zaviralcev gorenja vključuje tako fizične učinke kot kemične reakcije, več pa je sinergijski učinek obeh. Fizikalni učinek se kaže predvsem v tem, da lahko delno reaktivni zaviralec gorenja absorbira toploto v okolju, razgradi in sprošča negorljive pline, kot so dušik, amoniak in ogljikov dioksid, ki lahko običajno razredčijo vnetljivi plin na razpoki polimernega materiala oz. v središču plamena. Zmanjša koncentracijo hlapnega plina pod mejo zgorevanja, da prepreči nadaljnje gorenje materiala. Včasih imajo nekateri negorljivi plini tudi učinek odvajanja toplote, kar lahko zniža temperaturo okolice.
Kemični učinek se kaže predvsem v mehanizmu zajemanja prostih radikalov. Na primer, nekateri zaviralci gorenja na osnovi fosforja lahko sproščajo sorodne proste radikale v okolju visoke temperature in reagirajo s H. in O H., ki prispevata k izgorevanju. V tem primeru je mogoče preprečiti verižno reakcijo zgorevanja in močno zmanjšati toploto, ki jo sprošča plamen.
2. Kondenzacijski mehanizem
Mehanizem zaviralcev gorenja reaktivnih zaviralcev gorenja ima različne načine delovanja v kondenzirani fazi, najpogostejši način pa je tvorba ogljika. Reaktivni zaviralci gorenja lahko na splošno močno povečajo tvorbo ogljika polimerov, zlasti polimerov, ki vsebujejo kisik, kot so epoksidna smola, celuloza itd.
Ogljikova plast se praviloma oblikuje na mejnem območju plinske faze in kondenzirane faze in ima dober zaščitni učinek. Lahko ga obravnavamo kot zaščitno oviro za preprečevanje prenosa kisika in toplote v zraku ter za doseganje učinka zaviranja nastajanja vnetljivih plinov. Če vzamemo za primer uporabo zaviralcev gorenja na bombažne tkanine, spremeni proces toplotnega razpokanja makromolekularne verige vlaken v kondenzirani fazi in pospešuje dehidracijo, navzkrižno povezovanje in druge reakcije ter postopoma tvori ogljikovo plast. Pri tem se je povečala količina ostankov ogljika in zmanjšala količina gorljivega plina.
kondenzirano oglje zaviralec gorenja
Reaktivni zaviralci gorenja ne morejo samo povečati ostanka ogljika, ampak tudi spodbujajo antioksidacijo ogljika in preprečujejo, da bi ogljik popolnoma oksidiral v ogljikov dioksid, s čimer se zmanjša toplota, ki se sprošča pri oksidaciji. Način delovanja reaktivnih zaviralcev gorenja v kondenzirani fazi poleg nastajanja ogljeja vključuje tudi inhibicijo prostih radikalov, mehanizem vpliva viskoznosti staljenega polimera in učinek površinske prevleke.
Shematski diagram zaviranja gorenja, kot je zaviranje prostih radikalov in tvorba ogljeja
Običajno je glavna funkcija reaktivnih zaviralcev gorenja v materialih, ki zavirajo gorenje, ustvarjanje negorljivega plina, ko polimer zgori, razredči koncentracijo gorljivega plina, učinkovito zmanjša toplotni učinek materiala med zgorevanjem in razgradnjo ter poveča učinek karbonizacije. . količino, ki ovira prenos kisika in toplote. Poleg tega se po obdelavi nekaterih polimernih materialov z reaktivnimi zaviralci gorenja temperatura vžiga močno poveča, doseže pa se tudi učinek zaviralcev gorenja.
Njegova uporaba v poliuretanu
Poliuretan (PU) je polimer, sestavljen iz organskih enot, povezanih z uretanom, in ima številne odlične lastnosti, kot so dobra odpornost proti hrupu, toplotna izolacija in odpornost proti obrabi. Brez ognjevarne obdelave je omejevalni indeks kisika (LOI) poliuretanskega materiala približno 18 odstotkov, ki je enostaven za gorenje in sprošča veliko toplote in strupenih plinov, ki so škodljivi za človeško telo. Trenutno poliuretanski reaktivni zaviralci gorenja na splošno uvajajo skupine z zaviralci gorenja v molekularno strukturo poliuretana z reakcijo cepljenja, da bi izboljšali učinek zaviranja gorenja in toplotno stabilnost poliuretanskih materialov v visokotemperaturnih okoljih.
Pri ognjevarnih modifikacijah poliuretanskih materialov se najpogosteje uporabljajo zaviralci gorenja, ki vsebujejo fosfor, ki imajo ne le dober zaviralec gorenja, ampak imajo tudi nizko zaščito pred dimom in okoljem. Načelo je, da se fosfor vnese v poliuretan v obliki kemičnih vezi, kot so vezi PO ali PC. V strukturi materiala imajo te kovalentne vezi večjo energijo vezi in večjo stabilnost.
Reaktivni ognjevarni poliuretanski materiali, ki vsebujejo dušik, na splošno uvajajo melaminske skupine v poliuretansko strukturo s kovalentnimi vezmi. Melamin je stabilna kristalna spojina, ki vsebuje 67 odstotkov dušikovih atomov. Temperatura doseže 350 stopinj. Sublimira, absorbira veliko energije in znižuje temperaturo okolice. Pri višjih temperaturah se melamin razgradi, da nastane dušik in tvori toplotno stabilen kondenzat.
V primerjavi z uvedbo enega samega zaviralca gorenja je reaktivni zaviralec gorenja z dvema ali več zaviralci gorenja boljši glede na ognjevzdržni učinek in toplotno stabilnost.
