وفقًا للاختلاف في طريقة الإدخال ، يمكن تقسيم مثبطات اللهب إلى مثبطات اللهب المضافة ومثبطات اللهب التفاعلية. عادةً ما يتم دمج مثبطات اللهب المضافة في البوليمرات بطريقة مادية ، وهي اقتصادية وسهلة الاستخدام ، ولكنها عمومًا لا تتوافق مع البوليمرات. عيوب الخواص الميكانيكية لمواد البوليمر.
يختلف عن مبدأ مثبطات اللهب المضافة ، يمكن لمثبطات اللهب التفاعلية أن تشكل بوليمرات مشتركة مع مونومرات أو تؤدي تفاعل تطعيم على البوليمرات ، بحيث يمكن أن يكون للمواد مثبطات اللهب بشكل دائم. علاوة على ذلك ، فإن مثبطات اللهب التفاعلية لها تأثير ضئيل على الخواص الميكانيكية والميكانيكية لمواد البوليمر ، وكمية صغيرة فقط يمكنها تحقيق تأثير مثبط للهب أفضل ، وهو موضوع ساخن في أبحاث مثبطات اللهب الحالية. يقدم هذا البحث بشكل أساسي آلية مثبطات اللهب الأساسية لمثبطات اللهب التفاعلية وحالة تطبيق راتنجات الايبوكسي والبولي يوريثين والنسيج القطني والورق المثبط للهب.
آلية مثبطات اللهب لمثبطات اللهب التفاعلية
عملية احتراق مواد البوليمر هي عملية معقدة ذات تفاعل متعدد الأطوار ، مصحوبة بتغيرات فيزيائية وكيميائية. تُظهر مثبطات اللهب التفاعلية آليات مختلفة لمثبطات اللهب في أنظمة مثبطات اللهب المختلفة ، والتي تنتج عن الاختلافات في تكوين مثبطات اللهب نفسها وخصائص المواد للبوليمرات المختلفة. ولكن بشكل عام ، يمكن تقسيم آلية مثبطات اللهب التفاعلية إلى فئتين: آلية الطور الغازي وآلية الطور المكثف.
1. آلية المرحلة الغازية
بالتوافق مع عملية الاحتراق ، تشتمل آلية مثبطات اللهب في الطور الغازي لمثبطات اللهب التفاعلية على كلاً من التأثيرات الفيزيائية والتفاعلات الكيميائية ، والأكثر من ذلك هو التأثير التآزري للاثنين. يتجلى التأثير الفيزيائي بشكل أساسي في أن مثبطات اللهب التفاعلية جزئيًا يمكنها امتصاص الحرارة في البيئة ، وتتحلل وتطلق غازات غير قابلة للاحتراق مثل النيتروجين والأمونيا وثاني أكسيد الكربون ، والتي يمكن عادةً أن تخفف الغاز القابل للاشتعال عند تشقق مادة البوليمر أو في وسط اللهب. إنه يقلل من تركيز الغاز المتطاير إلى ما دون حد الاحتراق ، وذلك لمنع المواد من الاستمرار في الاحتراق. في بعض الأحيان ، يكون لبعض الغازات غير القابلة للاشتعال أيضًا تأثير تبديد الحرارة ، مما قد يقلل درجة حرارة البيئة المحيطة.
ينعكس التأثير الكيميائي بشكل أساسي في آلية التقاط الجذور الحرة. على سبيل المثال ، يمكن لبعض مثبطات اللهب القائمة على الفوسفور إطلاق الجذور الحرة ذات الصلة في بيئة ذات درجة حرارة عالية وتتفاعل مع H. و O H. التي تساهم في الاحتراق. في هذه الحالة ، يمكن منع التفاعل المتسلسل للاحتراق ، ويمكن تقليل الحرارة المنبعثة من اللهب بشكل كبير.
2. آلية التكثيف
آلية مثبطات اللهب لمثبطات اللهب التفاعلية لها أنماط عمل مختلفة في المرحلة المكثفة ، وتكوين الكربون هو الوضع الأكثر شيوعًا. يمكن لمثبطات اللهب التفاعلية أن تزيد بشكل كبير من تكوين الفحم للبوليمرات ، خاصة البوليمرات المحتوية على الأكسجين ، مثل راتنجات الايبوكسي ، السليلوز ، إلخ.
تتكون طبقة الكربون بشكل عام في المنطقة الحدودية للمرحلة الغازية والمرحلة المكثفة ، ولها تأثير وقائي جيد. يمكن اعتباره حاجزًا وقائيًا لمنع انتقال الأكسجين وانتقال الحرارة في الهواء ، وتحقيق تأثير منع توليد الغازات القابلة للاشتعال. أخذ تطبيق مثبطات اللهب على الأقمشة القطنية كمثال ، فإنه يغير عملية تفاعل التكسير الحراري لسلسلة جزيئات الألياف الكبيرة في المرحلة المكثفة ، ويعزز الجفاف ، والربط المتبادل والتفاعلات الأخرى ، ويشكل طبقة كربون تدريجيًا. زادت كمية بقايا الكربون وانخفضت كمية الغاز القابل للاحتراق في العملية.
طور الفحم المكثف مثبطات اللهب
لا تؤدي مثبطات اللهب التفاعلية إلى زيادة بقايا الكربون فحسب ، بل يمكنها أيضًا تعزيز مقاومة أكسدة الكربون ومنع تأكسد الكربون تمامًا إلى ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي تقليل الحرارة المنبعثة من الأكسدة. بالإضافة إلى تكوين شار ، يشتمل نمط عمل مثبطات اللهب التفاعلية في المرحلة المكثفة أيضًا على تثبيط الجذور الحرة ، وآلية تأثير لزوجة البوليمر المصهور ، وتأثير طلاء السطح.
رسم تخطيطي لمثبطات اللهب مثل تثبيط الجذور الحرة وتكوين شار
عادةً ما تكون الوظيفة الرئيسية لمثبطات اللهب التفاعلية في المواد المثبطة للهب هي توليد غاز غير قابل للاحتراق عند حرق البوليمر ، وتخفيف تركيز الغاز القابل للاحتراق ، وتقليل التأثير الحراري للمادة بشكل فعال أثناء الاحتراق والتحلل ، وزيادة تأثير الكربنة . الكمية ، مما يعيق نقل الأكسجين والحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، بعد معالجة بعض مواد البوليمر بمثبطات اللهب التفاعلية ، تزداد درجة حرارة الاشتعال بشكل كبير ، كما يتحقق تأثير مثبطات اللهب.
تطبيقه في البولي يوريثين
البولي يوريثين (PU) عبارة عن بوليمر يتكون من وحدات عضوية مرتبطة باليوريتان ، وله العديد من الخصائص الممتازة مثل مقاومة الضوضاء الجيدة والعزل الحراري ومقاومة التآكل. بدون معالجة مثبطات اللهب ، يكون مؤشر الأكسجين المحدد (LOI) لمواد البولي يوريثين حوالي 18 بالمائة ، وهو سهل الاحتراق ويطلق الكثير من الحرارة والغازات السامة التي تضر بجسم الإنسان. في الوقت الحاضر ، تقدم مثبطات اللهب التفاعلية من البولي يوريثين بشكل عام مجموعات ذات وظائف مثبطة للهب في التركيب الجزيئي للبولي يوريثين من خلال تفاعل التطعيم ، وذلك لتحسين تأثير مثبطات اللهب والاستقرار الحراري لمواد البولي يوريثين في بيئات درجات الحرارة العالية.
في تعديل مثبطات اللهب لمواد البولي يوريثين ، يتم استخدام مثبطات اللهب المحتوية على الفوسفور ، ليس فقط لها تأثير جيد مثبط للهب ولكن أيضًا لها دخان منخفض وحماية البيئة. المبدأ هو إدخال الفوسفور في البولي يوريثين في شكل روابط كيميائية مثل روابط PO أو PC. في بنية المواد ، تتمتع هذه الروابط التساهمية بطاقة رابطة أكبر واستقرار أقوى.
تحتوي مواد البولي يوريثين المثبطة للهب التفاعلية المحتوية على النيتروجين بشكل عام على مجموعات الميلامين في هيكل البولي يوريثين من خلال الروابط التساهمية. الميلامين مركب بلوري مستقر يحتوي على 67 في المائة من ذرات النيتروجين. تصل درجة الحرارة إلى 350 درجة. إنه يتسامى ويمتص الكثير من الطاقة ويقلل من درجة الحرارة المحيطة. وفي درجات الحرارة المرتفعة ، يتحلل الميلامين لينتج النيتروجين ويشكل مكثفات مستقرة حرارياً.
بالمقارنة مع إدخال عنصر واحد مثبط للهب ، فإن مثبط اللهب التفاعلي الذي يحتوي على عنصرين أو أكثر من مثبطات اللهب يكون أفضل من حيث تأثير مثبطات اللهب والاستقرار الحراري.
