Afhankelijk van het verschil in de introductiemethode kunnen vlamvertragers worden onderverdeeld in additieve vlamvertragers en reactieve vlamvertragers. Additieve vlamvertragers worden meestal op een fysieke manier in polymeren opgenomen, wat economisch en handig in gebruik is, maar ze hebben over het algemeen een slechte compatibiliteit met polymeren. Defecten in de mechanische eigenschappen van polymeermaterialen.
Anders dan het principe van additieve vlamvertragers, kunnen reactieve vlamvertragers copolymeren vormen met monomeren of een transplantaatreactie uitvoeren op polymeren, zodat materialen een duurzame vlamvertraging kunnen hebben. Bovendien hebben reactieve vlamvertragers weinig effect op de mechanische en mechanische eigenschappen van polymeermaterialen en kan slechts een kleine hoeveelheid een beter vlamvertragend effect bereiken, wat een hot topic is in het huidige vlamvertragende onderzoek. Dit artikel introduceert voornamelijk het basis vlamvertragende mechanisme van reactieve vlamvertragers en de toepassingsstatus van epoxyhars, polyurethaan, katoenen weefsel en vlamvertragend papier.
Vlamvertragend mechanisme van reactieve vlamvertragers
Het verbrandingsproces van polymeermaterialen is een complex proces met meerfasenreactie, dat gepaard gaat met zowel fysische als chemische veranderingen. Reactieve vlamvertragers vertonen verschillende vlamvertragende mechanismen in verschillende vlamvertragende systemen, die worden veroorzaakt door de verschillen in de samenstelling van de vlamvertragers zelf en de materiaaleigenschappen van verschillende polymeren. Maar over het algemeen kan het vlamvertragende mechanisme van reactieve vlamvertragers worden onderverdeeld in twee categorieën: gasfasemechanisme en gecondenseerd fasemechanisme.
1. Gasfase mechanisme
Overeenkomend met het verbrandingsproces, omvat het gasfase vlamvertragende mechanisme van reactieve vlamvertragers zowel fysische effecten als chemische reacties, en meer is het synergetische effect van de twee. Het fysieke effect manifesteert zich voornamelijk in het feit dat het gedeeltelijk reactieve vlamvertrager de warmte in de omgeving kan absorberen, ontbinden en onbrandbare gassen zoals stikstof, ammoniak en koolstofdioxide kan afgeven, die het brandbare gas meestal kunnen verdunnen bij de scheur van het polymeermateriaal of in het midden van de vlam. Het verlaagt de concentratie van het vluchtige gas tot onder de verbrandingsgrens, om te voorkomen dat het materiaal blijft branden. Soms hebben sommige niet-ontvlambare gassen ook het effect van warmteafvoer, wat de temperatuur van de omgeving kan verlagen.
Het chemische effect komt vooral tot uiting in het afvangmechanisme van vrije radicalen. Sommige op fosfor gebaseerde vlamvertragers kunnen bijvoorbeeld gerelateerde vrije radicalen afgeven in een omgeving met hoge temperaturen en reageren met H. en O H. die bijdragen aan de verbranding. In dit geval kan de kettingreactie van verbranding worden voorkomen en kan de warmte die door de vlam vrijkomt sterk worden verminderd.
2. Condensatie mechanisme
Het vlamvertragende mechanisme van reactieve vlamvertragers heeft verschillende werkingsmechanismen in de gecondenseerde fase en koolstofvorming is de meest voorkomende modus. Reactieve vlamvertragers kunnen over het algemeen de charvorming van polymeren, met name zuurstofhoudende polymeren, zoals epoxyhars, cellulose, enz. Sterk verhogen.
De koolstoflaag wordt over het algemeen gevormd in het grensgebied van de gasfase en de gecondenseerde fase en heeft een goed beschermend effect. Het kan worden beschouwd als een beschermende barrière om zuurstofoverdracht en warmteoverdracht in de lucht te voorkomen en het effect te bereiken van het remmen van de productie van brandbare gassen. Als we de toepassing van vlamvertragers op katoenen stoffen als voorbeeld nemen, verandert het het thermische kraakreactieproces van de vezelmacromoleculaire keten in de gecondenseerde fase en bevordert het de uitdroging, cross-linking en andere reacties en vormt het geleidelijk een koolstoflaag. De hoeveelheid koolstofresidu nam toe en de hoeveelheid brandbaar gas nam af in het proces.
gecondenseerde fase houtskool vlamvertragend
Reactieve vlamvertragers kunnen niet alleen het koolstofresidu verhogen, maar ook de anti-oxidatie van koolstof bevorderen en voorkomen dat koolstof volledig wordt geoxideerd tot koolstofdioxide, waardoor de warmte die vrijkomt door oxidatie wordt verminderd. Naast char-vorming omvat de werkingsmodus van reactieve vlamvertragers in de gecondenseerde fase ook remming van vrije radicalen, het beïnvloedingsmechanisme van viscositeit van gesmolten polymeer en het effect van oppervlaktecoating.
Schematisch diagram van vlamvertraging zoals remming van vrije radicalen en charvorming
Gewoonlijk is de belangrijkste functie van reactieve vlamvertragers in vlamvertragende materialen het genereren van onbrandbaar gas wanneer het polymeer wordt verbrand, de concentratie van het brandbare gas verdunnen, het thermische effect van het materiaal tijdens verbranding en ontbinding effectief verminderen en het carbonisatie-effect verhogen. hoeveelheid, die de overdracht van zuurstof en warmte belemmert. Bovendien, nadat sommige polymeermaterialen zijn behandeld met reactieve vlamvertragers, wordt de ontstekingstemperatuur sterk verhoogd en wordt ook het effect van vlamvertragend bereikt.
De toepassing ervan in polyurethaan
Polyurethaan (PU) is een polymeer dat bestaat uit organische eenheden verbonden door urethaan en heeft veel uitstekende eigenschappen, zoals een goede geluidsbestendigheid, warmte-isolatie en slijtvastheid. Zonder vlamvertragende behandeling is de beperkende zuurstofindex (LOI) van polyurethaanmateriaal ongeveer 18%, wat gemakkelijk te verbranden is en veel warmte en giftige gassen afgeeft die schadelijk zijn voor het menselijk lichaam. Op dit moment introduceren polyurethaan reactieve vlamvertragers over het algemeen groepen met vlamvertragende functies in de moleculaire structuur van polyurethaan door middel van entreactie, om het vlamvertragende effect en de thermische stabiliteit van polyurethaanmaterialen in omgevingen met hoge temperaturen te verbeteren.
Bij de vlamvertragende modificatie van polyurethaanmaterialen worden fosforhoudende vlamvertragers het meest gebruikt, hebben niet alleen een goed vlamvertragend effect, maar hebben ook weinig rook en milieubescherming. Het principe is om fosfor in het polyurethaan te introduceren in de vorm van chemische bindingen zoals P-O- of P-C-bindingen. In de materiaalstructuur hebben deze covalente bindingen een grotere bindingsenergie en een sterkere stabiliteit.
Stikstofhoudende reactieve vlamvertragende vlamvertragende polyurethaanmaterialen introduceren over het algemeen melaminegroepen in de polyurethaanstructuur via covalente bindingen. Melamine is een stabiele kristallijne verbinding die 67% stikstofatomen bevat. De temperatuur bereikt 350 °C. Het sublimeert, absorbeert veel energie en verlaagt de omgevingstemperatuur. En bij hogere temperaturen ontleedt melamine om stikstof te produceren en een thermisch stabiel condensaat te vormen.
Vergeleken met de introductie van een enkel vlamvertragend element is de reactieve vlamvertrager met twee of meer vlamvertragende elementen beter in termen van vlamvertragend effect en thermische stabiliteit.
