مثبطات اللهب + تقليل الدخان ، مقال لك لفهم تصنيف واختيار مثبطات دخان مثبطات اللهب البوليمر

مثبطات اللهب + تقليل الدخان ، مقال لك لفهم تصنيف واختيار مثبطات دخان مثبطات اللهب البوليمر

في حريق ، لا يموت معظم الناس بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، ولكن في الغالب بسبب المادة القابلة للاحتراق في عملية الاحتراق ، تطلق الغازات السامة والمضرة ، مما يؤدي إلى التسمم أو عدم كفاية تناول الأكسجين والموت. لذلك ، فإن البحث وتطوير عملية الاحتراق غير السامة ، غير الضارة ، لا تنتج أو غازات أقل سامة ، ضارة ، مواد مثبتة للهب مع خصائص مثبتة جيدة في متثاقل اللهب ، تركز مجال مثبطات اللهب الحالي على اتجاه البحث.

في الوقت الحاضر ، بشكل رئيسي من خلال إضافة أكاسيد المعادن الانتقالية ، ومجمعات المغنيسيوم والزنك ، والهيدروكسيدات المعدنية ، وأكسيد القصدير ، والفيروسين ، وأكسيد النحاس وغيرها من الدخان لحل مشكلة الدخان المفرط في النار. إن مثبطات الدخان الجديدة ، الاحتراق بدون غازات سامة وضارة تنتجها مثبطات اللهب هو الاتجاه المستقبلي لأبحاث وتطوير مواد مثبطات اللهب.

ستنتج البوليمرات العامة في عملية الاحتراق الكثير من الدخان ، وهو جزء من دخان احتراق البوليمر السامة. عندما تتم إضافة البوليمر إلى مثبطات اللهب ، وخاصة مثبطات اللهب المولدة وثلاثي أكسيد الأنتيمون ، فإن الاحتراق ينتج المزيد من الدخان والغازات السامة.

تكوين الدخان

الدخان الأسود هو الجزيئات الصلبة والتكتلات المعلقة في منتجات غازات الاحتراق.

يُعتقد عمومًا أن هناك ثلاث طرق لتقليل تركيز الدخان الأسود: أحدهما هو استخلاص تأثير التغطية ، وتأثير النقل ، وتثبيط الجذور الحرة ، وتسريع تكوين الكربون ومبادئ مثبطات اللهب الأخرى لتغيير نمط الاحتراق ؛ والثاني هو عدد كبير من المواد غير العضوية ، عن طريق تقليل محتوى المواد القابلة للاحتراق لتقليل كمية الدخان ، ولكن جرعة كبيرة جدًا ستؤدي إلى أضرار جسيمة لأداء المنتج ؛ والثالث هو استخدام التأثير التآزري ، مركب مثبطات اللهب.

يرجع الدخان الأبيض بشكل رئيسي إلى بخار الماء المتولد عندما تكون المادة محترقة ، وتكثيف بخار الماء وغيرها من الجسيمات الصغيرة المعلقة في الهواء. هناك أيضًا بعض الأجزاء غير المرئية مثل الغازات ، مثل HCL و CO ₂و CO و HCN والميثان.

على الرغم من أن بخار الماء غير ضار للبشر ، إلا أنه يجعل معدل انتقال الضوء ينخفض ​​وزيادة كثافة الدخان. هيدروكسيد الألومنيوم ، هيدروكسيد المغنيسيوم بسبب امتصاص حرارة الاحتراق ولعب دور مثبط للهب ، لكن إنشاء بخار الماء هو السبب الرئيسي للدخان الأبيض . لذلك ، كيفية الوصول إلى توازن بين مثبطات اللهب وقمع الدخان أمر بالغ الأهمية.

ما هي المواد التي تميل إلى إنتاج الدخان

قم بقياس حجم دخان حرق المواد بشكل عام يستخدم الحد الأقصى للكثافة البصرية المحددة (DM) ، والمعروف أيضًا باسم أقصى كثافة الدخان. كلما زادت أقصى الكثافة البصرية المحددة للبوليمرات ، زاد الدخان ، كلما زاد سمك الدخان الأسود عند الاحتراق ، زاد تلوث البيئة. يظهر الحد الأقصى للكثافة البصرية المحددة للبوليمرات الشائعة الاستخدام في الجدول أدناه.

من الجدول يمكن رؤية:

1. بنية البولي أوليفين أو البوليمرات مع حلقة البنزين على السلسلة الجانبية ، تكون كمية الدخان أكثر ، وذلك لأن سلسلة الكربون البوليني يمكن تدويرها ، والتكثيف المتعدد ، وتوليد جزيئات الكربون الرسومية ؛

2. في حين أن السلسلة الجانبية لها حلقة بنزين على البوليمر (مثل البوليسترين) ، من السهل توليد الهيدروكربونات غير المشبعة المزدوجة المرتبطة بمزدوجة ، ثم ترتفع كمية الدخان.

3. من السهل أيضًا تشكيل كمية كبيرة من كلوريد كلوريد البولي فينيل من بوليمر دخان الاحتراق.

بسبب معيار احتراق البوليمر الخالي من التدخين لأقصى درجات الكثافة البصرية المحددة DM أقل من 300 ، لذلك PET ، PC ، PS ، ABS و PVC وغيرها من كمية كبيرة من الراتنجات التي تنبعث منها الدخان ، ومثبط اللهب في نفس الوقت يحتاج أيضًا إلى تعديل الدخان ، والتي تعتبر PVC مهمة بشكل خاص.

اختيار مثبطات اللهب ومثبط الدخان

في تقنية مثبطات اللهب المعاصرة ، 'مثبطات اللهب ' و 'قمع الدخان ' قابلة للمقارنة ، لبعض البوليمرات ، 'قمع الدخان ' أكثر أهمية من 'مثبطات اللهب '. بالنسبة لبعض البوليمرات ، 'قمع الدخان ' هو أكثر أهمية من 'تأخير اللهب ' ، لذلك من المهم للغاية تطوير مثبطات اللهب المدعومة من الدخان. ما نوع المواد التي لديها ظروف مثبط الدخان؟

عندما تحترق المادة ، يتم نشر اللهب ، ويجلب الحمل الحراري للهواء كربيد تم إنشاؤه في الهواء ، وهو السبب الأساسي لزيادة كمية الدخان. إذا كان من الممكن ترسيخ الكربيد الذي تم إنشاؤه على سطح المادة المحترقة ، بدلاً من الطفو في الهواء ، فإنه سيقلل بشكل كبير من كثافة الدخان في المادة. مفتاح إدراك هذه الفكرة هو توليف أو البحث عن مركب يمكن ذوبانه بين 700 ~ 1000 ℃ ، أداء درجة الحرارة المشابهة للمادة اللاصقة.

في الوقت نفسه ، في تصميم تركيبات مثبطات اللهب التي لا تدخن ، بقدر الإمكان لاختيار مثبطات لهب دخان منخفضة ، يظهر الحد الأقصى للكثافة البصرية المحددة لأنواع مختلفة من مثبطات اللهب في الجدول أدناه. يزيد نظام مثبطات اللهب/الأنتيمون والفوسفور الأحمر المطلي من كمية الدخان وانتشار الغازات السامة ، لذلك في استخدام نظام مثبطات اللهب البروم ، تحتاج إلى إضافة دخان مثبط في نفس الوقت.

لتلخيص ، يمكن تقسيم إضافات دخان مثبط إلى فئتين: يتم استخدام إضافات الدخان غير العضوية والعضوية وغير العضوية بشكل شائع.

(1) إضافات قمع الدخان غير العضوية

مثبطات الدخان غير العضوية هي أساسا أكاسيد المعادن والهيدروكسيدات والأملاح المعدنية.

أ. Molybdenum عادة ما تستخدم أكاسيد المعادن قمع الدخان ، والأصناف الرئيسية لموليبدينوم ثالث أكسيد ، أوكاموليبات أمين ، موليبة الكالسيوم ، فوسفوموليبديات الكالسيوم ، وأكسيد الحديد ، وما إلى ذلك. هناك عدد كبير من مركبات موليبدينوم عالية الكفاءة ذات الكفاءة العالية التي تُعتبر ثنائي أكسيد الموليبدينوم وأوكاموليبات الأمونيوم.

مركبات الموليبدينوم لمبدأ قمع الدخان في المرحلة المكثفة من خلال التشابك لتعزيز تكوين الفحم ، للعب دور قمع الدخان. على سبيل المثال ، تشكل مركبات Molybdenum الفحم المتبقي مع PVC والراتنجات الأخرى أثناء عملية الاحتراق ، وتغطي سطح البوليمر لتحقيق تأثير مثبطات اللهب وقمع الدخان. أضف كمية عامة قائمة على الدخان القائم على موليبدينوم من 2 ٪ -3 ٪ بين كمية الدخان يمكن تخفيضها بنسبة 30 ٪ -80 ٪ من كمية الدخان.

ب. آلية قمع الدخان الفيريخية في الطور المكثف من خلال التشابك لتعزيز تكوين الكربون ، ولكن أيضًا كمحطة للأكسدة ، سيتم تحويل البوليمر إلى أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ثاني أكسيد الكربون. الأصناف الرئيسية هي الحمض الفيروسيني ، وحمض الفيروسين 1،1-ديكربوكسيليك ، وأكسيد الحديديك ، وأكسالات الحديد البوتاسيوم ، والأكسالات الحديدية ، وما إلى ذلك ، والهاليدات والاستخدام.

الفيروسين هو مجمع سيكلوبنتاديانيل من الحديد الحديدية. الفيروسين هو لون برتقالي أحمر ، لا يمكن استخدامه مع مثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور. وبسبب اللون ، ليس من السهل الترويج للتطبيق. يتم بيع الفيروسين بشكل رئيسي كمثبط للدخان ل PVC جامد. كل 100 PVC مع 0.5 نسخة ، يمكن أن تجعل دخان PVC الصلب من 30 ٪ إلى 70 ٪. يتم تحويل الفيروسين بسرعة إلى α-FE2O3 في عملية PVC DE-HCL ، والتي توجد في طبقة الكربون. يمكن أن يتسبب α-Fe2O3 في أن تصبح الطبقة المكبوكية حارقة وتحفز أكسدة طبقة الكربون CO و CO2 ، مما يقلل من كمية التكوين الأسود الكربوني.

يعد FECL2 و FECL3 سابقين لتوليد α-FE2O3 ، وهما أيضًا مزيلون للدخان فعالين ، ويغيران عملية تكسير PVC من أجل الخير ، بحيث يكون من السهل توليد القطران الخفيف ، مما يقلل من توليد الدخان الأسود.

ج. الأصناف الرئيسية من هيدروكسيد المعادن هي هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم. يتشكل مبدأ قمع الدخان المحدد في عملية تسخين الألومينا وأكسيد المغنيسيوم لديه مساحة كبيرة ، يمكن أن يزدهر. في المرحلة الصلبة لتعزيز تكوين الفحم. ماء طارد للحرارة في بخار الماء ، يمكن تخفيفه من الغازات القابلة للاحتراق ، وتخفيف الدخان ؛ يمكن أن يكون تحلل الحرارة للمركبات المحتوية على الهالوجين مع إطلاق تفاعل هاليد الهيدروجين (التقاط هاليد الهيدروجين) ، مما يقلل من كمية الدخان في هاليد هيدروجين الغازات السامة. كان تأثير قمع الدخان الهيدروكسيد المعدني واحد جيدًا للغاية ، لكن الاستخدام المباشر للمركبة أو مع مركبات الموليبدينوم ، وأكاسيد المعادن ، والاستخدام المركب المعدني لنتائج أفضل.

د. الأصناف الرئيسية من الأملاح المعدنية هي كربونات مثل كربونات الكالسيوم ، والبورات مثل زنك بتوريس ، والفوسفات مثل فوسفات الزنك ، والأكسالات مثل الكروم وأكسالات أكسالات النحاس ، وما إلى ذلك ، الكبريتات مثل كبريتات الزنك ، وما إلى ذلك ، مثل ستانات الزنك ، مثل ألومينات الزنك.

مبدأ قمع الدخان CACO3 هو أنه يمكن أن يكون ودخان في تفاعل هاليد الهيدروجين (التقاط) ، بحيث توليد CACL2 المستقر. بسبب التفاعل الصلب - لا يمكن تنفيذ الغاز غير المتجانس إلا على سطح الجزيئات الصلبة ، وبالتالي يصبح حجم جزيئات CACO3 عاملاً رئيسياً في تأثير قمع الدخان. الجزيئات الصغيرة فقط لها سطح محدد أكبر بكثير. وفقًا لمبدأ قمع الدخان أعلاه ، يمكن لجميع البوليمرات التي تنتج هاليد الهيدروجين عند الاحتراق ، مثل كلوريد الفينيل ، البولي إيثيلين الكلور ، ومطاط النيوبرين ، وما إلى ذلك ، استخدام CACO3 كقمع دخان.

ه. تعد أكاسيد المعادن المركب المزدوجة للهيدروكسيل المزدوجة هيدروكسيل المركب نانو هي فئة من أكاسيد المعادن المركبة مع بنية ذات طبقات ، وتضاف 3-5 أجزاء من LDH في PVC يمكن أن تجعل أقصى كثافة الدخان من احتراق PVC بنسبة 30 ٪ -50 ٪ ، وتأثير أقل على مواقفه الميكانيكية. مملوء بطريقة CACO3 النانوية لتنفيذ قمع الدخان ، فإن كمية الملء تبلغ حوالي 10 ٪ فقط ، وسوف تنتج التأثير المطلوب.

و. يمكن أن يؤدي قمع دخان الدخان إلى الحد من عملية اقتران الإضافات في انقسام البوليمر إلى مركبات معدنية صفرية ، بما في ذلك سلسلة من مركبات الكربونيل المعدنية الانتقالية ، وتكوين المعادن الانتقالية وأكسسات ، ومجمعات النحاس أحادي التكافؤ ؛ ومجمعات النحاس أحادية التكافؤ التي تحتوي على الفوسفيت أو غيرها من الروابط ، وما إلى ذلك ، والتي تعتبر المركبات النحاسية واحدة من أكثر المواد المضافة فعالية من هذا النوع.

يمكن أن تقلل مركبات Cu (II) بشكل كبير من كمية البنزين المتولدة أثناء التكسير ، ويتم زيادة درجة الارتباط المتقاطع لـ PVC بشكل كبير عندما يكون Cu2o موجودًا عند 200 ℃ ~ 300 ℃. تتسبب المركبات النحاسية في الارتباط المتقاطع عن طريق الاقتران المختطف ، على الرغم من أن الأملاح النحاسية لا تحفز بسهولة الأيزومري (إيزومرات رابطة الدول المستقلة) من البوليينات ، على الرغم من أنها يمكن أن تعمل أيضًا كمحفزات حميمة ضعيفة لتعزيز ألكلة فريدل.

كعامل اقتران تقليل مناسب ، يجب أن يكون له عمومًا الخصائص التالية:

1. يجب أن يكون النشاط الكهروكيميائي للمعادن منخفضًا ، أي ، يجب أن يكون أيون المعادن قابلاً للتخفيض إلى حالة أكسدة صفرية ؛

2. في أكسيد المعادن ، يجب أن يكون المعدن حالة أكسدة أقل ، أو يجب أن يكون لمجمع المعادن ليجند قابل للتأكسد وأن يكون قادرًا على توليد معدن منخفض أو صفري عن طريق التخلص من الاختزال الحراري ؛

3. يجب أن يكون أيون المعادن أعلى من درجة حرارة معالجة البوليمر من أجل تقليله ؛

4. يجب أن تكون غير مكلفة ، قدر الإمكان بدون لون ، ولا توجد آثار ضارة على صياغة البوليمر.

(2) إضافات قمع الدخان العضوية

أ. نظام السيليكون العضوي ، هو نوع جديد من مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين ، ولكنه أيضًا مثبط من نوع الدخان من نوع الفحم ، والذي يمنح البوليمرات مثبطات دخان متثاقلة في اللهب في نفس الوقت ، ولكن أيضًا لتحسين خصائص المعالجة للمادة وتحسين القوة الميكانيكية للمواد ، وخاصة قوة التأثير في درجة الحرارة المنخفضة. حاليًا في السوق Silicone Flame مثبطات SFR100 التي تنتجها شركة General Electric ، فهي بوليمر سيليكون شفاف ولزج ، مع مجموعة متنوعة من العوامل التآزرية (Stearate ، Polyphosphate Amine و Pentaerythritol ، متطلبات الملاطية المتفوقة ، المتطلبات المتفوقة المتفوقة ، يمكن أن تمنحها الركيزة مع مثبطات لهب ممتازة وقمع الدخان.

ب. نظام الفيروسين ، الأصناف الرئيسية للفيروسين وبعض أملاح الأحماض العضوية. شائع الاستخدام هو الفيروسين وبعض مركبات الحديد العضوية ، فهي أكثر ملاءمة لمثبط دخان PVC ، مع إضافة كمية 1.5 جزء.

(3) نظام مثبطات اللهب التآزري

يشير نظام مثبطات اللهب التآزري إلى نظام مثبطات اللهب يتكون من اثنين (أحدهما مثبط له اللهب والآخر هو عامل تآزري) أو أكثر من مكونين ، لهما تأثير مثبط له للهب أفضل من مجموع تأثير تأخر اللهب لكل مكون. The advantages and disadvantages of the synergistic system are often expressed as 'synergistic efficiency' (SE), which is defined as the ratio of the flame retardant efficiency (EFF) of the synergistic system to that of a single flame retardant (without synergistic agent) in the system (with the same additive amount), and the EFF is defined as the increase in the oxygen index (LOI) of the flame الركيزة المتخلفة لكل وحدة وحدة من عنصر مثبط اللهب (ضمن نطاق معين من المبلغ الإضافي). المبلغ المضافة ضمن نطاق معين). في معظم الحالات ، تعتمد قيمة SE على النتائج التي تم الحصول عليها من النظام التآزري مع أفضل كفاءة مثبطات اللهب.

لمثبطات اللهب المليئة بالهالوجين في بوليسترين مثبط اللهب ، ABS وبعض المواد البلاستيكية الأخرى ، يمكن استخدام مجمع السيليكات غير العضوي كأنه تآزر. هذا التآزر غير مكلف وله قوة لون منخفض. بالإضافة إلى ذلك ، مركبات الأنتيمون / مركبات المغنيسيوم - مركبات الزنك التي تتكون من المجمع كبعض من العامل التآزري لنظام مثبطات اللهب ، لتحسين تأثير مثبطات اللهب ، ولكن يمكن أن تلعب أيضًا تأثير قمع الدخان.

مركبات stearate / talc / الحديد من الزنك المكون من المجمع هي أيضًا عامل تآزري منخفض الدخان ، مضيفًا الكمية المناسبة لهذا العامل التآزري ، يمكن أن يجعل بعض المواد البلاستيكية المتثاقبة للهب ، انخفاض كثافة الدخان ، وزيادة نقل الضوء.