De acordo com a diferença no método de introdução, os retardadores de chama podem ser divididos em retardadores de chama aditivos e retardadores de chama reativos. Os retardadores de chama aditivos são geralmente incorporados aos polímeros de forma física, que é econômica e conveniente de usar, mas geralmente têm pouca compatibilidade com os polímeros. Defeitos nas propriedades mecânicas de materiais poliméricos.
Diferente do princípio dos retardantes de chama aditivos, os retardadores de chama reativos podem formar copolímeros com monômeros ou realizar uma reação de enxerto em polímeros, de modo que os materiais possam ter retardamento de chama durável. Além disso, retardadores de chama reativos têm pouco efeito sobre as propriedades mecânicas e mecânicas dos materiais poliméricos, e apenas uma pequena quantidade pode alcançar um melhor efeito retardador de chama, que é um tópico quente na pesquisa atual de retardantes de chama. Este artigo apresenta principalmente o mecanismo básico de retardamento de chama de retardadores de chama reativos e o status de aplicação de resina epóxi, poliuretano, tecido de algodão e papel retardante de chama.
Mecanismo retardador de chama de retardadores de chama reativos
O processo de combustão de materiais poliméricos é um processo complexo com reação multifásica, que é acompanhada por mudanças físicas e químicas. Os retardadores de chama reativos apresentam diferentes mecanismos retardadores de chama em diferentes sistemas retardadores de chama, que são causados pelas diferenças na composição dos próprios retardadores de chama e nas propriedades dos materiais de diferentes polímeros. Mas, em geral, o mecanismo retardador de chama dos retardadores de chama reativos pode ser dividido em duas categorias: mecanismo de fase gasosa e mecanismo de fase condensada.
1. Mecanismo de fase gasosa
Correspondendo ao processo de combustão, o mecanismo retardador de chama em fase gasosa dos retardadores de chama reativos inclui efeitos físicos e reações químicas, e mais é o efeito sinérgico dos dois. O efeito físico se manifesta principalmente no fato de que o retardante de chama parcialmente reativo pode absorver o calor do ambiente, decompor e liberar gases incombustíveis, como nitrogênio, amônia e dióxido de carbono, que geralmente podem diluir o gás inflamável na fissura do material polimérico ou no centro da chama. Reduz a concentração do gás volátil abaixo do limite de combustão, de modo a evitar que o material continue a queimar. Às vezes, alguns gases não inflamáveis também têm o efeito de dissipação de calor, o que pode reduzir a temperatura do ambiente circundante.
O efeito químico se reflete principalmente no mecanismo de captura de radicais livres. Por exemplo, alguns retardadores de chama à base de fósforo podem liberar radicais livres relacionados em um ambiente de alta temperatura e reagir com H. e OH. que contribuem para a combustão. Nesse caso, a reação em cadeia da combustão pode ser evitada e o calor liberado pela chama pode ser bastante reduzido.
2. Mecanismo de condensação
O mecanismo retardador de chama dos retardadores de chama reativos tem vários modos de ação na fase condensada, sendo a formação de carbono o modo mais comum. Retardadores de chama reativos geralmente podem aumentar muito a formação de carvão de polímeros, especialmente polímeros contendo oxigênio, como resina epóxi, celulose, etc.
A camada de carbono é geralmente formada na área limite da fase gasosa e da fase condensada e tem um bom efeito protetor. Pode ser considerado como uma barreira protetora para evitar a transmissão de oxigênio e transmissão de calor no ar, e alcançar o efeito de inibir a geração de gases inflamáveis. Tomando como exemplo a aplicação de retardantes de chama em tecidos de algodão, altera o processo de reação de craqueamento térmico da cadeia macromolecular da fibra na fase condensada, promove a desidratação, reticulação e outras reações, formando gradualmente uma camada de carbono. A quantidade de resíduo de carbono aumentou e a quantidade de gás combustível diminuiu no processo.
fase condensada carvão retardante de chama
Os retardadores de chama reativos podem não apenas aumentar o resíduo de carbono, mas também promover a antioxidação do carbono e evitar que o carbono seja completamente oxidado em dióxido de carbono, reduzindo assim o calor liberado pela oxidação. Além da formação de carvão, o modo de ação dos retardadores de chama reativos na fase condensada também inclui a inibição de radicais livres, o mecanismo de influência da viscosidade do polímero fundido e o efeito do revestimento da superfície.
Diagrama esquemático de retardamento de chama, como inibição de radicais livres e formação de carvão
Normalmente, a principal função dos retardadores de chama reativos em materiais retardadores de chama é gerar gás incombustível quando o polímero é queimado, diluir a concentração do gás combustível, reduzir efetivamente o efeito térmico do material durante a combustão e decomposição e aumentar o efeito de carbonização . quantidade, dificultando a transferência de oxigênio e calor. Além disso, depois que alguns materiais poliméricos são tratados com retardadores de chama reativos, a temperatura de ignição aumenta bastante e o efeito do retardante de chama também é alcançado.
Sua aplicação em poliuretano
O poliuretano (PU) é um polímero composto por unidades orgânicas ligadas por uretano e possui muitas propriedades excelentes, como boa resistência ao ruído, isolamento térmico e resistência ao desgaste. Sem tratamento retardador de chama, o índice de oxigênio limitante (LOI) do material de poliuretano é de cerca de 18 por cento, que é fácil de queimar e libera muito calor e gases tóxicos que são prejudiciais ao corpo humano. Atualmente, os retardadores de chama reativos de poliuretano geralmente introduzem grupos com funções retardantes de chama na estrutura molecular do poliuretano através da reação de enxerto, de modo a melhorar o efeito retardador de chama e a estabilidade térmica dos materiais de poliuretano em ambientes de alta temperatura.
Na modificação retardadora de chama de materiais de poliuretano, os retardadores de chama contendo fósforo são os mais usados, não só têm um bom efeito retardador de chama, mas também têm baixa fumaça e proteção ambiental. O princípio é introduzir fósforo no poliuretano na forma de ligações químicas, como ligações PO ou PC. Na estrutura do material, essas ligações covalentes têm maior energia de ligação e estabilidade mais forte.
Materiais de poliuretano retardadores de chama reativos contendo nitrogênio geralmente introduzem grupos de melamina na estrutura de poliuretano através de ligações covalentes. A melamina é um composto cristalino estável contendo 67% de átomos de nitrogênio. A temperatura atinge 350 graus. Ele sublima, absorve muita energia e reduz a temperatura ambiente. E em temperaturas mais altas, a melamina se decompõe para produzir nitrogênio e formar um condensado termicamente estável.
Comparado com a introdução de um único elemento retardador de chama, o retardador de chama reativo com dois ou mais elementos retardadores de chama é melhor em termos de efeito retardador de chama e estabilidade térmica.
