Prema razlici u načinu unošenja, usporivači plamena se mogu podijeliti na aditivne usporivače plamena i reaktivne usporivače plamena. Aditivni usporivači plamena se obično ugrađuju u polimere na fizički način, što je ekonomično i pogodno za upotrebu, ali općenito imaju slabu kompatibilnost s polimerima. Defekti u mehaničkim svojstvima polimernih materijala.
Za razliku od principa aditivnih usporivača plamena, reaktivni usporivači plamena mogu formirati kopolimere s monomerima ili izvršiti reakciju cijepljenja na polimerima, tako da materijali mogu imati trajnu otpornost na gorenje. Štaviše, reaktivni usporivači plamena imaju mali utjecaj na mehanička i mehanička svojstva polimernih materijala, a samo mala količina može postići bolji efekat usporenja plamena, što je vruća tema u trenutnim istraživanjima usporivača plamena. Ovaj rad uglavnom predstavlja osnovni mehanizam za usporenje plamena reaktivnih usporivača plamena i status primjene epoksidne smole, poliuretana, pamučne tkanine i papira otpornog na plamen.
Retardantni mehanizam reaktivnih usporivača plamena
Proces sagorevanja polimernih materijala je složen proces sa višefaznom reakcijom, koji je praćen fizičkim i hemijskim promenama. Reaktivni usporivači plamena pokazuju različite mehanizme usporenja plamena u različitim sistemima 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 gasne faze
U skladu sa procesom sagorevanja, mehanizam usporenja plamena u gasnoj fazi reaktivnih usporivača plamena uključuje i fizičke efekte i hemijske reakcije, a više je sinergistički efekat ova dva. Fizički učinak se uglavnom očituje u tome što djelomično reaktivni usporivač plamena može apsorbirati toplinu iz okoline, razgraditi i osloboditi nezapaljive plinove kao što su dušik, amonijak i ugljični dioksid, koji obično mogu razrijediti zapaljivi plin na pukotini polimernog materijala ili u centru plamena. Smanjuje koncentraciju isparljivog plina ispod granice sagorijevanja, kako bi se spriječilo da materijal nastavi da gori. Ponekad neki nezapaljivi gasovi takođe imaju efekat odvođenja toplote, što može smanjiti temperaturu okolnog okruženja.
Hemijski efekat 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 sa H. i O H. koji doprinose sagorijevanju. U tom slučaju može se spriječiti lančana reakcija sagorijevanja, a toplina koju oslobađa plamen može biti znatno smanjena.
2. Mehanizam kondenzacije
Mehanizam usporenja plamena reaktivnih usporivača plamena ima različite načine djelovanja u kondenziranoj fazi, a formiranje ugljika je najčešći način. Reaktivni usporivači plamena općenito mogu uvelike povećati stvaranje ugljenika polimera, posebno polimera koji sadrže kisik, kao što su epoksidna smola, celuloza itd.
Ugljični sloj se općenito formira u graničnom području plinske faze i kondenzirane faze i ima dobar zaštitni učinak. Može se smatrati zaštitnom barijerom za sprječavanje prijenosa kisika i prijenosa topline u zraku i postizanje efekta inhibicije stvaranja zapaljivih plinova. Uzimajući za primjer primjenu usporivača plamena na pamučne tkanine, mijenja proces reakcije termičkog pucanja makromolekularnog lanca vlakana u kondenziranoj fazi i potiče dehidraciju, umrežavanje i druge reakcije, te postupno formira sloj ugljika. Količina ugljičnog ostatka se povećala, a količina zapaljivog plina se smanjila u procesu.
kondenzirana faza ugljen usporivač plamena
Reaktivni usporivači plamena ne samo da mogu povećati ostatke ugljika, već i promovirati antioksidaciju ugljika i spriječiti da se ugljik potpuno oksidira u ugljični dioksid, čime se smanjuje toplina oslobođena oksidacijom. Osim ugljenisanja, način djelovanja reaktivnih usporivača plamena u kondenziranoj fazi uključuje i inhibiciju slobodnih radikala, mehanizam utjecaja viskoznosti rastaljenog polimera i učinak površinskog premaza.
Šematski dijagram usporavanja plamena kao što je inhibicija slobodnih radikala i stvaranje ugljenika
Obično je glavna funkcija reaktivnih usporivača plamena u materijalima koji usporavaju plamen stvaranje nesagorivog plina kada polimer sagorijeva, razrjeđivanje koncentracije zapaljivog plina, efektivno smanjenje toplinskog efekta materijala tijekom sagorijevanja i raspadanja i povećanje efekta karbonizacije. . količinu, ometajući prijenos kisika i topline. Osim toga, nakon što se neki polimerni materijali tretiraju reaktivnim usporivačima plamena, temperatura paljenja se znatno 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 odlična svojstva kao što su dobra otpornost na buku, toplinsku izolaciju i otpornost na habanje. Bez tretmana za usporavanje plamena, granični indeks kisika (LOI) poliuretanskog materijala je oko 18 posto, koji se lako sagorijeva i oslobađa mnogo topline i toksičnih plinova koji su štetni za ljudsko tijelo. Trenutno, poliuretanski reaktivni usporivači plamena općenito uvode grupe sa funkcijama usporavanja plamena u molekularnu strukturu poliuretana kroz reakciju cijepljenja, kako bi poboljšali efekat usporavanja plamena i termičku 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 efekat usporenja plamena, već imaju nisku zaštitu od dima i okoliša. Princip je uvođenje fosfora u poliuretan u obliku hemijskih veza kao što su PO ili PC veze. U strukturi materijala ove kovalentne veze imaju veću energiju veze i veću stabilnost.
Reaktivni poliuretanski materijali koji sadržavaju dušik koji usporavaju plamen, općenito uvode melaminske grupe u poliuretansku strukturu putem kovalentnih veza. Melamin je stabilno kristalno jedinjenje koje sadrži 67 posto atoma dušika. Temperatura dostiže 350 stepeni. Sublimira, upija mnogo energije i smanjuje temperaturu okoline. A na višim temperaturama, melamin se raspada da bi proizveo dušik i formirao termički stabilan kondenzat.
U poređenju sa uvođenjem jednog elementa za usporavanje plamena, reaktivni usporivač plamena sa dva ili više usporivača plamena je bolji u pogledu efekta usporenja plamena i termičke stabilnosti.
