با توجه به تفاوت در روش معرفی، بازدارنده های شعله را می توان به بازدارنده های شعله افزودنی و بازدارنده های شعله واکنش پذیر تقسیم کرد. بازدارنده های شعله افزودنی معمولاً به روش فیزیکی در پلیمرها گنجانده می شوند که استفاده از آن مقرون به صرفه و راحت است، اما عموماً سازگاری ضعیفی با پلیمرها دارند. نقص در خواص مکانیکی مواد پلیمری.
برخلاف اصل بازدارنده های شعله افزودنی، بازدارنده های شعله واکنشی می توانند کوپلیمرهایی با مونومرها تشکیل دهند یا یک واکنش پیوندی روی پلیمرها انجام دهند، به طوری که مواد می توانند بازدارنده شعله بادوام داشته باشند. علاوه بر این، بازدارندههای شعله واکنشپذیر تأثیر کمی بر خواص مکانیکی و مکانیکی مواد پلیمری دارند و تنها مقدار کمی میتواند به اثر بازدارنده شعله بهتری دست یابد، که موضوعی داغ در تحقیقات فعلی بازدارنده شعله است. این مقاله به طور عمده مکانیسم اصلی بازدارنده شعله بازدارنده های شعله راکتیو و وضعیت کاربرد رزین اپوکسی، پلی اورتان، پارچه پنبه ای و کاغذ بازدارنده شعله را معرفی می کند.
مکانیسم بازدارنده شعله بازدارنده های شعله راکتیو
فرآیند احتراق مواد پلیمری فرآیندی پیچیده با واکنش چند فازی است که با تغییرات فیزیکی و شیمیایی همراه است. بازدارنده های شعله واکنشی مکانیسم های بازدارنده شعله متفاوتی را در سیستم های بازدارنده شعله مختلف نشان می دهند که ناشی از تفاوت در ترکیب خود بازدارنده های شعله و خواص مواد پلیمرهای مختلف است. اما به طور کلی مکانیسم بازدارنده شعله بازدارنده های راکتیو را می توان به دو دسته مکانیسم فاز گاز و مکانیسم فاز متراکم تقسیم کرد.
1. مکانیزم فاز گاز
مطابق با فرآیند احتراق، مکانیسم بازدارنده شعله فاز گازی بازدارندههای شعله واکنشی هم اثرات فیزیکی و هم واکنشهای شیمیایی را شامل میشود و بیشتر اثر هم افزایی این دو است. اثر فیزیکی عمدتاً به این صورت آشکار می شود که بازدارنده شعله نیمه فعال می تواند گرمای محیط را جذب کند، گازهای غیر قابل احتراق مانند نیتروژن، آمونیاک و دی اکسید کربن را آزاد کند، که معمولاً می تواند گاز قابل اشتعال را در شکاف ماده پلیمری یا رقیق کند. در مرکز شعله غلظت گاز فرار را به زیر حد احتراق کاهش می دهد تا از ادامه سوختن مواد جلوگیری شود. گاهی اوقات برخی از گازهای غیرقابل اشتعال نیز اثر اتلاف حرارت دارند که می تواند دمای محیط اطراف را کاهش دهد.
اثر شیمیایی عمدتاً در مکانیسم جذب رادیکال های آزاد منعکس می شود. به عنوان مثال، برخی از بازدارنده های شعله مبتنی بر فسفر می توانند رادیکال های آزاد مرتبط را در یک محیط با دمای بالا آزاد کنند و با H. و O H. که به احتراق کمک می کنند واکنش نشان دهند. در این صورت می توان از واکنش زنجیره ای احتراق جلوگیری کرد و گرمای آزاد شده توسط شعله را تا حد زیادی کاهش داد.
2. مکانیسم تراکم
مکانیسم بازدارنده شعله بازدارنده های شعله واکنشی حالت های عمل مختلفی در فاز متراکم دارد و تشکیل کربن رایج ترین حالت است. بازدارنده های شعله واکنشی می توانند به طور کلی تشکیل زغال سنگ پلیمرها، به ویژه پلیمرهای حاوی اکسیژن، مانند رزین اپوکسی، سلولز و غیره را تا حد زیادی افزایش دهند.
لایه کربن به طور کلی در ناحیه مرزی فاز گاز و فاز متراکم تشکیل می شود و اثر محافظتی خوبی دارد. می توان آن را به عنوان یک مانع محافظ برای جلوگیری از انتقال اکسیژن و انتقال گرما در هوا و دستیابی به اثر مهار تولید گازهای قابل اشتعال در نظر گرفت. به عنوان مثال استفاده از بازدارنده های شعله روی پارچه های پنبه ای، فرآیند واکنش ترک حرارتی زنجیره ماکرومولکولی الیاف را در فاز متراکم تغییر می دهد و باعث کم آبی، پیوند متقابل و سایر واکنش ها می شود و به تدریج یک لایه کربن تشکیل می دهد. مقدار باقیمانده کربن در این فرآیند افزایش و مقدار گاز قابل احتراق کاهش یافت.
فاز تغلیظ شده زغال چوب بازدارنده شعله
بازدارنده های شعله واکنشی نه تنها می توانند باقیمانده کربن را افزایش دهند، بلکه ضد اکسیداسیون کربن را تقویت کرده و از اکسید شدن کامل کربن به دی اکسید کربن جلوگیری می کنند و در نتیجه حرارت آزاد شده توسط اکسیداسیون را کاهش می دهند. علاوه بر تشکیل زغال، حالت عمل بازدارنده های شعله فعال در فاز متراکم نیز شامل مهار رادیکال آزاد، مکانیسم تاثیر ویسکوزیته پلیمر مذاب و اثر پوشش سطحی است.
نمودار شماتیک تاخیر شعله مانند مهار رادیکال های آزاد و تشکیل زغال سنگ
معمولاً عملکرد اصلی بازدارنده های شعله واکنش پذیر در مواد بازدارنده شعله، تولید گاز غیر قابل احتراق در هنگام سوختن پلیمر، رقیق کردن غلظت گاز قابل احتراق، کاهش موثر اثر حرارتی مواد در هنگام احتراق و تجزیه و افزایش اثر کربنیزاسیون است. . مقدار، مانع از انتقال اکسیژن و گرما می شود. علاوه بر این، پس از درمان برخی از مواد پلیمری با بازدارنده های شعله واکنشی، دمای اشتعال به میزان زیادی افزایش می یابد و اثر بازدارنده شعله نیز حاصل می شود.
کاربرد آن در پلی اورتان
پلی یورتان (PU) پلیمری متشکل از واحدهای آلی متصل به یورتان است و دارای خواص بسیار عالی مانند مقاومت در برابر صدا، عایق حرارتی و مقاومت در برابر سایش است. بدون درمان ضد شعله، شاخص محدود کننده اکسیژن (LOI) مواد پلی یورتان حدود 18 درصد است که به راحتی می سوزد و گرما و گازهای سمی زیادی را آزاد می کند که برای بدن انسان مضر است. در حال حاضر، بازدارنده های شعله واکنش پذیر پلی یورتان به طور کلی گروه هایی با عملکردهای بازدارنده شعله را از طریق واکنش پیوند وارد ساختار مولکولی پلی یورتان می کنند تا اثر بازدارنده شعله و پایداری حرارتی مواد پلی اورتان را در محیط های با دمای بالا بهبود بخشند.
در اصلاح بازدارنده شعله مواد پلی اورتان، بازدارنده های شعله حاوی فسفر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، نه تنها اثر بازدارنده شعله خوبی دارند، بلکه دود کم و حفاظت از محیط زیست را نیز دارند. اصل این است که فسفر را به شکل پیوندهای شیمیایی مانند پیوندهای PO یا PC وارد پلی یورتان کنیم. در ساختار مواد، این پیوندهای کووالانسی انرژی پیوند بزرگتر و پایداری قوی تری دارند.
مواد پلی یورتان بازدارنده شعله فعال حاوی نیتروژن معمولاً گروه های ملامینه را از طریق پیوندهای کووالانسی وارد ساختار پلی اورتان می کنند. ملامین یک ترکیب کریستالی پایدار است که حاوی 67 درصد اتم نیتروژن است. دما به 350 درجه می رسد. تصعید می کند، انرژی زیادی جذب می کند و دمای محیط را کاهش می دهد. و در دماهای بالاتر ملامین تجزیه می شود و نیتروژن تولید می کند و یک میعانات حرارتی پایدار تشکیل می دهد.
در مقایسه با معرفی یک عنصر بازدارنده شعله، بازدارنده شعله راکتیو با دو یا چند عنصر بازدارنده شعله از نظر اثر بازدارنده شعله و پایداری حرارتی بهتر است.
