Theo sự khác biệt trong phương pháp giới thiệu, chất chống cháy có thể được chia thành chất chống cháy phụ gia và chất chống cháy phản ứng. Phụ gia chống cháy thường được kết hợp vào polyme theo cách vật lý, kinh tế và thuận tiện khi sử dụng, nhưng nhìn chung chúng có khả năng tương thích kém với polyme. Khiếm khuyết về tính chất cơ học của vật liệu polyme.
Khác với nguyên lý của chất chống cháy phụ gia, chất chống cháy phản ứng có thể tạo thành chất đồng trùng hợp với monome hoặc thực hiện phản ứng ghép trên polyme, nhờ đó vật liệu có thể có khả năng chống cháy bền. Hơn nữa, chất chống cháy phản ứng ít ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vật liệu polyme, chỉ cần một lượng nhỏ cũng có thể đạt được hiệu quả chống cháy tốt hơn, đây là một chủ đề nóng trong nghiên cứu chất chống cháy hiện nay. Bài báo này chủ yếu giới thiệu cơ chế chống cháy cơ bản của chất chống cháy phản ứng và tình trạng ứng dụng của nhựa epoxy, polyurethane, vải bông và giấy chống cháy.
Cơ chế chống cháy của chất chống cháy phản ứng
Quá trình đốt cháy vật liệu polyme là một quá trình phức tạp với phản ứng đa pha, kèm theo đó là những biến đổi vật lý và hóa học. Chất chống cháy phản ứng cho thấy các cơ chế chống cháy khác nhau trong các hệ thống chống cháy khác nhau, nguyên nhân là do sự khác biệt về thành phần của bản thân chất chống cháy và tính chất vật liệu của các polyme khác nhau. Nhưng nhìn chung, cơ chế chống cháy của chất chống cháy phản ứng có thể được chia thành hai loại: cơ chế pha khí và cơ chế pha ngưng tụ.
1. Cơ chế pha khí
Tương ứng với quá trình cháy, cơ chế chống cháy pha khí của chất làm chậm phản ứng bao gồm cả tác dụng vật lý và phản ứng hóa học, cao hơn nữa là tác dụng hiệp đồng của hai chất này. Hiệu ứng vật lý chủ yếu được biểu hiện ở chỗ chất chống cháy phản ứng một phần có thể hấp thụ nhiệt trong môi trường, phân hủy và giải phóng các khí không cháy như nitơ, amoniac và carbon dioxide, thường có thể pha loãng khí dễ cháy tại vết nứt của vật liệu polyme hoặc ở trung tâm của ngọn lửa. Nó làm giảm nồng độ của khí dễ bay hơi xuống dưới giới hạn cháy, để ngăn vật liệu tiếp tục cháy. Đôi khi một số khí không cháy còn có tác dụng tản nhiệt làm giảm nhiệt độ của môi trường xung quanh.
Tác dụng hóa học chủ yếu thể hiện ở cơ chế bắt giữ các gốc tự do. Ví dụ, một số chất chống cháy gốc phốt pho có thể giải phóng các gốc tự do liên quan trong môi trường nhiệt độ cao và phản ứng với H. và O H. góp phần vào quá trình cháy. Trong trường hợp này, phản ứng dây chuyền của quá trình đốt cháy có thể được ngăn chặn và nhiệt lượng tỏa ra từ ngọn lửa có thể giảm đáng kể.
2. Cơ chế ngưng tụ
Cơ chế chống cháy của chất chống cháy phản ứng có nhiều phương thức hoạt động khác nhau trong giai đoạn ngưng tụ, và sự hình thành carbon là phương thức phổ biến nhất. Chất chống cháy phản ứng nói chung có thể làm tăng đáng kể sự hình thành than của các polyme, đặc biệt là các polyme chứa oxy, chẳng hạn như nhựa epoxy, xenluloza, v.v.
Lớp cacbon thường được hình thành ở vùng ranh giới của pha khí và pha ngưng tụ, có tác dụng bảo vệ tốt. Nó có thể được coi như một hàng rào bảo vệ ngăn cản quá trình truyền oxy và truyền nhiệt trong không khí, đồng thời đạt được tác dụng ức chế sinh khí dễ cháy. Lấy ví dụ ứng dụng chất chống cháy trên vải bông, nó làm thay đổi quá trình phản ứng crackinh nhiệt của chuỗi đại phân tử sợi trong giai đoạn ngưng tụ, và thúc đẩy quá trình khử nước, liên kết ngang và các phản ứng khác, và dần dần hình thành một lớp cacbon. Lượng dư cacbon tăng lên và lượng khí cháy giảm trong quá trình này.
pha cô đặc chất chống cháy than
Chất chống cháy phản ứng không chỉ có thể làm tăng dư lượng carbon mà còn thúc đẩy quá trình chống oxy hóa carbon và ngăn carbon không bị oxy hóa hoàn toàn thành carbon dioxide, do đó làm giảm nhiệt tỏa ra do quá trình oxy hóa. Ngoài sự hình thành than, chế độ hoạt động của chất chống cháy phản ứng trong pha ngưng tụ cũng bao gồm ức chế gốc tự do, cơ chế ảnh hưởng của độ nhớt polyme nóng chảy và ảnh hưởng của lớp phủ bề mặt.
Sơ đồ về khả năng chống cháy như ức chế các gốc tự do và sự hình thành than
Thông thường, chức năng chính của chất chống cháy phản ứng trong vật liệu chống cháy là tạo ra khí không cháy khi polyme bị đốt cháy, làm loãng nồng độ của khí cháy, làm giảm hiệu quả nhiệt của vật liệu trong quá trình cháy và phân hủy, và tăng hiệu ứng cacbon hóa . lượng, cản trở sự truyền oxy và nhiệt. Ngoài ra, sau khi một số vật liệu polyme được xử lý bằng chất chống cháy phản ứng, nhiệt độ bắt lửa tăng lên rất nhiều, và hiệu quả của chất chống cháy cũng đạt được.
Ứng dụng của nó trong Polyurethane
Polyurethane (PU) là một loại polymer bao gồm các đơn vị hữu cơ được liên kết bởi urethane, có nhiều đặc tính ưu việt như chống ồn, cách nhiệt và chống mài mòn tốt. Không qua xử lý chống cháy, chỉ số oxy giới hạn (LOI) của vật liệu polyurethane là khoảng 18%, dễ cháy và tỏa nhiều nhiệt và khí độc có hại cho cơ thể con người. Hiện tại, chất chống cháy phản ứng polyurethane thường đưa các nhóm có chức năng chống cháy vào cấu trúc phân tử của polyurethane thông qua phản ứng ghép, để cải thiện hiệu quả chống cháy và độ bền nhiệt của vật liệu polyurethane trong môi trường nhiệt độ cao.
Trong quá trình điều chỉnh chất chống cháy của vật liệu polyurethane, chất chống cháy chứa phốt pho được sử dụng nhiều nhất, không chỉ có tác dụng chống cháy tốt mà còn ít khói và bảo vệ môi trường. Nguyên tắc là đưa phốt pho vào polyurethane dưới dạng liên kết hóa học như liên kết PO hoặc PC. Trong cấu trúc vật chất, các liên kết cộng hóa trị này có năng lượng liên kết lớn hơn và tính ổn định mạnh hơn.
Vật liệu polyurethane chống cháy chống cháy phản ứng có chứa nitơ thường đưa các nhóm melamine vào cấu trúc polyurethane thông qua các liên kết cộng hóa trị. Melamine là một hợp chất tinh thể ổn định chứa 67% nguyên tử nitơ. Nhiệt độ đạt 350 độ. Nó thăng hoa, hấp thụ nhiều năng lượng và làm giảm nhiệt độ xung quanh. Và ở nhiệt độ cao hơn, melamine bị phân hủy tạo ra nitơ và tạo thành chất ngưng tụ ổn định nhiệt.
So với sự ra đời của một phần tử chống cháy đơn lẻ, chất chống cháy phản ứng với hai hoặc nhiều phần tử chống cháy tốt hơn về hiệu quả chống cháy và ổn định nhiệt.
