על פי ההבדל בשיטת ההקדמה, ניתן לחלק מעכבי בעירה למעכבי בעירה תוספים ולמעכבי בעירה תגובתיים. מעכבי בעירה תוספים משולבים בדרך כלל בפולימרים בצורה פיזית, חסכונית ונוחה לשימוש, אך בדרך כלל יש להם התאמה לקויה לפולימרים. פגמים בתכונות המכניות של חומרים פולימריים.
בשונה מהעיקרון של מעכבי בעירה תוספים, מעכבי בעירה תגובתיים יכולים ליצור קופולימרים עם מונומרים או לבצע תגובת השתלה על פולימרים, כך שלחומרים תהיה עיכוב בעירה עמיד. יתרה מכך, למעכבי בעירה תגובתיים יש השפעה מועטה על התכונות המכניות והמכניות של חומרים פולימריים, ורק כמות קטנה יכולה להשיג אפקט מעכב בעירה טוב יותר, שהוא נושא חם במחקר מעכב בעירה הנוכחי. מאמר זה מציג בעיקר את מנגנון מעכב הבעירה הבסיסי של מעכבי בעירה תגובתיים ואת מצב היישום של שרף אפוקסי, פוליאוריטן, בד כותנה ונייר מעכב בעירה.
מנגנון מעכב בעירה של מעכבי בעירה תגובתיים
תהליך הבעירה של חומרים פולימריים הוא תהליך מורכב עם תגובה רב-פאזית, המלווה בשינויים פיזיקליים וכימיים כאחד. מעכבי בעירה תגובתיים מציגים מנגנוני מעכבי בעירה שונים במערכות מעכבי בעירה שונות, הנגרמים מהבדלים בהרכבם של מעכבי הבעירה עצמם ותכונות החומר של פולימרים שונים. אבל באופן כללי, ניתן לחלק את מנגנון מעכב הבעירה של מעכבי בעירה תגובתיים לשתי קטגוריות: מנגנון שלב גז ומנגנון שלב מעובה.
1. מנגנון פאזת גז
בהתאמה לתהליך הבעירה, מנגנון מעכב הבעירה בשלב הגז של מעכבי בעירה תגובתיים כולל גם השפעות פיזיקליות וגם תגובות כימיות, ויותר מכך ההשפעה הסינרגטית של השניים. ההשפעה הפיזית מתבטאת בעיקר בכך שהמעכב הבעירה התגובתי חלקית יכול לספוג את החום בסביבה, להתפרק ולשחרר גזים בלתי דליקים כמו חנקן, אמוניה ופחמן דו חמצני, שבדרך כלל יכולים לדלל את הגז הדליק בסדק של החומר הפולימרי או במרכז הלהבה. הוא מפחית את ריכוז הגז הנדיף מתחת לגבול הבעירה, כדי למנוע מהחומר להמשיך להישרף. לפעמים לחלק מהגזים הלא דליקים יש גם השפעה של פיזור חום, מה שיכול להפחית את הטמפרטורה של הסביבה הסובבת.
ההשפעה הכימית באה לידי ביטוי בעיקר במנגנון לכידה של רדיקלים חופשיים. לדוגמה, כמה מעכבי בעירה המבוססים על זרחן יכולים לשחרר רדיקלים חופשיים קשורים בסביבה בטמפרטורה גבוהה ולהגיב עם H. ו- O H. התורמים לבעירה. במקרה זה, ניתן למנוע את תגובת השרשרת של הבעירה, ולהפחית מאוד את החום שמשחררת הלהבה.
2. מנגנון עיבוי
למנגנון מעכב בעירה של מעכבי בעירה תגובתיים יש אופני פעולה שונים בשלב המעובה, ויצירת פחמן היא האופן הנפוץ ביותר. מעכבי בעירה תגובתיים יכולים בדרך כלל להגביר מאוד את היווצרות הפחם של פולימרים, במיוחד פולימרים המכילים חמצן, כגון שרף אפוקסי, תאית וכו'.
שכבת הפחמן נוצרת בדרך כלל באזור הגבול של שלב הגז והשלב המעובה, ויש לה אפקט מגן טוב. זה יכול להיחשב כמחסום מגן למניעת העברת חמצן והעברת חום באוויר, ולהשיג את האפקט של עיכוב יצירת גזים דליקים. אם לוקחים דוגמה את היישום של מעכבי בעירה על בדי כותנה, זה משנה את תהליך תגובת הפיצוח התרמי של השרשרת המקרו-מולקולרית של הסיבים בשלב המעובה, ומקדם את ההתייבשות, ההצלבה ותגובות אחרות, ויוצר בהדרגה שכבת פחמן. כמות שאריות הפחמן עלתה וכמות הגז הדליק ירדה בתהליך.
מעכב בעירה של פחם בשלב מעובה
מעכבי בעירה תגובתיים יכולים לא רק להגדיל את שאריות הפחמן, אלא גם לקדם את נוגד החמצון של פחמן ולמנוע מהפחמן להתחמצן לחלוטין לפחמן דו חמצני, ובכך להפחית את החום המשתחרר בחמצון. בנוסף להיווצרות פחם, אופן הפעולה של מעכבי בעירה תגובתיים בשלב המעובה כולל גם עיכוב רדיקלים חופשיים, מנגנון ההשפעה של צמיגות הפולימר המותך והשפעת ציפוי פני השטח.
תרשים סכמטי של עיכוב בעירה כגון עיכוב של רדיקלים חופשיים ויצירת פחם
בדרך כלל, התפקיד העיקרי של מעכבי בעירה תגובתיים בחומרים מעכבי בעירה הוא ליצור גז בלתי דליק כאשר הפולימר נשרף, לדלל את ריכוז הגז הדליק, להפחית ביעילות את ההשפעה התרמית של החומר במהלך בעירה ופירוק, ולהגביר את אפקט הפחממה. . כמות, מעכבת העברת חמצן וחום. בנוסף, לאחר שחלק מהחומרים הפולימריים מטופלים במעכבי בעירה תגובתיים, טמפרטורת ההצתה גדלה מאוד, וגם מושגת ההשפעה של מעכב בעירה.
היישום שלו בפוליאוריתן
פוליאוריטן (PU) הוא פולימר המורכב מיחידות אורגניות המקושרות באוריתן, ובעל תכונות מצוינות רבות כגון עמידות טובה בפני רעשים, בידוד חום ועמידות בפני שחיקה. ללא טיפול מעכב בעירה, מדד החמצן המגביל (LOI) של חומר פוליאוריטן הוא כ-18 אחוז, שקל לשרוף אותו ומשחרר הרבה חום וגזים רעילים המזיקים לגוף האדם. כיום, מעכבי בעירה תגובתיים מפוליאוריתן מכניסים בדרך כלל קבוצות עם פונקציות מעכבות בעירה למבנה המולקולרי של פוליאוריטן באמצעות תגובת השתלה, על מנת לשפר את השפעת מעכב הבעירה והיציבות התרמית של חומרי פוליאוריטן בסביבות טמפרטורות גבוהות.
בשינוי מעכב בעירה של חומרי פוליאוריטן, משמשים בעיקר מעכבי בעירה המכילים זרחן, לא רק בעלי השפעה מעכבת בעירה טובה אלא גם בעלי עשן נמוך והגנה על הסביבה. העיקרון הוא הכנסת זרחן לפוליאוריתן בצורה של קשרים כימיים כגון קשרי PO או PC. במבנה החומר, לקשרים קוולנטיים אלה יש אנרגיית קשר גדולה יותר ויציבות חזקה יותר.
חומרים פוליאוריטן מעכב בעירה תגובתי המכילים חנקן מכניסים בדרך כלל קבוצות מלמין למבנה הפוליאוריתן דרך קשרים קוולנטיים. מלמין הוא תרכובת גבישית יציבה המכילה 67 אחוזים של אטומי חנקן. הטמפרטורה מגיעה ל-350 מעלות. זה משנה, סופג אנרגיה רבה ומפחית את טמפרטורת הסביבה. ובטמפרטורות גבוהות יותר, מלמין מתפרק לייצור חנקן ויוצר עיבוי יציב מבחינה תרמית.
בהשוואה להכנסת אלמנט מעכב בעירה יחיד, מעכב בעירה תגובתי עם שני אלמנטים מעכבי בעירה או יותר טוב יותר מבחינת אפקט מעכב בעירה ויציבות תרמית.
