Clasificación de los retardantes de llama y análisis de sus mecanismos de función

Clasificación de retardantes de llama y análisis de sus mecanismos de función.

Resumen: Este artículo clasifica los retardantes de llama en cuatro categorías: retardantes de llama orgánicos, retardantes de llama inorgánicos, retardantes de llama de nanomateriales y retardantes de llama compuestos, entre los cuales los retardantes de llama orgánicos se pueden subdividir en retardantes de llama orgánicos que contienen halógenos y retardantes de llama orgánicos libres de halógenos. Los retardantes de llama catiónicos orgánicos libres de halógenos se pueden dividir en retardantes de llama que contienen fósforo, retardantes de llama que contienen silicona y retardantes de llama que contienen nitrógeno, etc., y los retardantes de llama inorgánicos se pueden dividir en retardantes de llama de hidróxido de aluminio y retardantes de llama de hidróxido de magnesio. retardantes.Retardante de llama de hidróxido de aluminio y retardante de llama de hidróxido de magnesio, etc., para los diferentes retardantes de llama y el efecto de las diferencias en el papel del objeto, su mecanismo retardante de llama y sus ventajas y desventajas del análisis de la introducción, la conclusión es que el retardante de llama aplicable a diferentes materiales es muy diferente, pero se pueden usar diferentes retardantes de llama en combinación entre sí y pueden desempeñar un mejor papel en la prevención de incendios en el futuro, además del artículo también sobre los retardantes de llama del Además , este artículo también analiza y predice las perspectivas de desarrollo de los retardantes de llama.

1.1 Introducción

Los retardantes de llama pueden mejorar en gran medida las propiedades retardantes de llama y de fuego de los compuestos poliméricos, y mejorar las propiedades retardantes de llama de los materiales se utilizan ampliamente en la industria del transporte, equipos electrónicos, hogares y otros materiales de construcción.

Los retardantes de llama inorgánicos se pueden dividir en retardantes de llama inorgánicos aditivos, retardantes de llama termorreactivos y retardantes de llama de nanomateriales según la forma de adición.Debido a la facilidad de uso y la mejor adaptabilidad ambiental de los retardantes de llama aditivos, aunque no permiten que el material alcance la función de combatir completamente el fuego, aún pueden evitar accidentes por incendio, brindando así a las personas en la escena del incendio un tiempo valioso. escapar.

Los retardantes de llama reactivos son estables, duraderos y tienen un bajo impacto en el rendimiento de los plásticos.Se ha demostrado la importancia de los retardantes de llama en el ámbito de la seguridad contra incendios.Según la evaluación de la Comisión Europea, la aplicación de retardantes de fuego ha provocado una disminución del 20 por ciento en el número de personas muertas en incendios en Europa durante la última década.

Los retardantes de llama inorgánicos suelen utilizar una serie de principios para lograr su efecto retardante de llama, como el efecto de absorción de calor, el efecto de cobertura, la inhibición de la reacción en cadena y el efecto asfixiante del gas incombustible.La mayoría de los retardantes de llama inorgánicos utilizan múltiples mecanismos para actuar conjuntamente y lograr el retardo de llama.Sin embargo, varios tipos de retardantes de llama inorgánicos desempeñan un papel en diferentes mecanismos y, por tanto, sus características son muy diferentes.

Los retardantes de llama inorgánicos pueden incluir retardantes de llama sintéticos orgánicos, retardantes de llama inorgánicos, retardantes de llama de nanomateriales y retardantes de llama inorgánicos compuestos y otros cuatro tipos de retardantes de llama inorgánicos; la clasificación de retardantes de llama inorgánicos también puede incluir retardantes de llama inorgánicos que contienen fósforo, silicona -que contienen retardantes de llama, retardantes de llama de hidróxido de aluminio, retardantes de llama de hidróxido de aluminio, etc., este documento analiza el papel del mecanismo de los diferentes retardantes de llama y las ventajas y desventajas de la descripción detallada.

1.2 Retardantes de llama orgánicos / Breve descripción de retardantes de llama orgánicos y resultados experimentales de Yinsu Company.

Los retardantes de llama sintéticos orgánicos se refieren a retardantes de llama sintéticos orgánicos que pueden ser bromo, nitrógeno y fósforo rojo y compuestos como representantes típicos de una variedad de retardantes de llama inorgánicos.

1. Retardantes de llama orgánicos que contienen halógenos

Los retardantes de llama químicos que contienen halógenos funcionan: el proceso de autoignición del polímero es una reacción de oxidación térmica, cuando las sustancias elementales que contienen halógeno en la degradación por alto calor de las moléculas de halógeno, reaccionarán con los átomos de hidrógeno dentro del polímero para generar haluro de hidrógeno.Los halogenuros de hidrógeno pueden combinarse con los radicales libres formados durante el proceso de combustión y, por tanto, tener un efecto retardante de llama en la reacción de oxidación.Los retardantes de llama que contienen bromo en los elementos del grupo halógeno son eficaces.

Los elementos halogenados de los retardantes de llama, en las condiciones habituales de combustión después de la disolución del residuo de HX, pueden mejorar la deshidratación a baja temperatura de la carbonización de materiales polimerizados y así generar una capa de carbón retardante de llama, lo que reduce en gran medida el número de datos generados por productos de escisión de bajo peso molecular. , impidiendo así el buen progreso del inicio de la reacción química.Por lo tanto, el efecto retardante de llama de los retardantes de llama halogenados es bueno, el aumento es pequeño y las características del material compuesto también tienen un impacto menos negativo.Debido a la gran cantidad de humos, se produce un fuerte carácter corrosivo de los gases de escape de haluro de hidrógeno emitidos, así como la formación de productos cancerígenos altamente tóxicos de dibenzo[a]oxo[a]nos polibromados y dibenzofuranos polibromados, que ponen en grave peligro la metabolismo saludable en el cuerpo humano.

'El 1 de julio de 2006, nuestro país comenzó a implementar la 'orden ROHS para controlar estrictamente la aplicación de PBDE y PBB.

2. Retardantes de llama orgánicos libres de halógenos

(1) Retardantes de llama que contienen fósforo

Fósforo orgánico como ésteres fosfato retardantes de llama (como bis(difenil)fosfato de bisfenol A), derivados de heterofenantreno de fósforo (DOPO y sus derivados ODOPB, etc.) y nitrilo polifósforo (trifosfonitrilo hexafenoxicíclico HPCTP y sus derivados sustituidos con hidrógeno).

Generalmente se cree que el principal mecanismo retardante de llama del sistema organofosforado es el mecanismo de fase cohesiva, es decir, los compuestos que contienen fósforo se descomponen en el calor de la combustión en ácido fosfórico y otra película líquida no combustible, y la deshidratación del ácido fosfórico para obtener ácido metafosfórico. , polímero con ácido metafosfórico para formar una película viscosa o líquida de poli (ácido metafosfórico) y envuelto en sustancias nocivas, y el ácido fosfórico y el poli (ácido metafosfórico) son ácidos fuertes que se pueden deshidratar para hacer frente a la llama. polímeros retardantes y carbonizados para producir una capa de carbono, y por tanto estas membranas líquidas y sólidas.Por lo tanto, estas membranas líquidas y sólidas son capaces de prevenir el escape de radicales libres y tienen la función retardante de llama de aislar el aire interior, con una alta eficiencia retardante de llama de hasta 4-7 veces la del bromuro.

La descomposición de APP, PEPA y DOPO se desencadena por la ruptura de los enlaces NO, P-0 y P-II respectivamente.La adición de retardantes de llama de fósforo puede reducir eficazmente la liberación de gases nocivos como CH.O y co. Los elementos P se desvían durante la pirólisis para producir POz, PO4 o estructuras complejas de PO-P-0, que están conectadas a fragmentos de carbono para formar estructuras de carbono residuales con elementos P como núcleo.En el sistema EP/APP se encuentran pequeñas cantidades de productos NH3, NO y N2, que diluyen las moléculas de gas inflamable durante la reacción de pirólisis para lograr retardo de llama'.

(2) Retardantes de llama de silicio

La serie de retardantes de fuego de organosilicio en el proceso de su combustión espontánea aparecerá antes en el estado de fusión, estos productos de caída de fusión de retardantes de fuego de silicona sintética orgánica pasan a través de los poros de la matriz polimérica a la capa superficial del sustrato, formando así una densa y capa de carbón sólido que contiene silicio (principalmente SiO2) Esta capa de carbón que contiene silicio no solo inhibe la disolución combustible de productos altamente inflamables del escape, sino que también tiene la función de aislamiento térmico y barrera de oxígeno, puede inhibir la descomposición térmica de Materiales poliméricos, logrando así el propósito de alta retardación de llama, bajo nivel de humo y baja toxicidad.

El retardante de llama inorgánico STNS puede promover la reticulación de la PC a alta temperatura, mejorando así de manera efectiva la resistencia principal y la estabilidad térmica de la PC.Además, la adición de una cierta cantidad de STNS también puede mejorar significativamente la dureza del PC retardante de llama, en el que cuando la dosis de sTNS alcanza el siete por ciento, la resistencia al impacto y el alargamiento de rotura del PC retardante de llama aumentan en ochenta por ciento. nueve punto nueve por ciento y ciento ochenta y siete punto siete por ciento en ese orden, mientras que sus resistencias a flexión y tracción disminuyen en dos punto siete por ciento y cero punto siete por ciento en ese orden.

(3) Retardantes de llama que contienen nitrógeno

El desarrollo de retardantes de llama inorgánicos a base de nitrógeno es relativamente tardío, de los cuales la melamina y los derivados del gas de melamina son los retardantes de llama inorgánicos a base de nitrógeno más comunes.Los retardantes de llama a base de nitrógeno, en un ambiente de alta temperatura, descompondrán gases refractarios como N2, NH3 y vapor de agua; estos gases pueden absorber calor de la matriz polimérica y enfriar la matriz.

En la actualidad, la dirección clave de desarrollo de este tipo de retardante de llama inorgánico es el retardante de llama inorgánico de base diazo con mayor contenido de nitrógeno, resistencia al calor y retardo de llama.Cuanto mayor sea el valor de la teoría LoI, mayor será el nivel de dificultad del grado de combustión.Cuando se mezclan los retardantes de llama que contienen nitrógeno recientemente seleccionados y los recubrimientos UV de acrilato, el rendimiento de confiabilidad del material también mejorará significativamente, por lo que el valor LOI aumentó de los veintiuno iniciales a veintisiete, superando así el nivel de retardante de llama.La compatibilidad con los recubrimientos UV también mejora porque estos retardantes de llama que contienen nitrógeno son fotocurables y reflectantes, y cuanto mayor es la cantidad de POP-290, mayor es la calidad del gel.Cuanto mayor es la cantidad de POP-290, mayor es la calidad del gel, mientras que cuanto mayor es la cantidad de POP-290, menor es la confiabilidad: el análisis DsC mostró que el retardante de llama aumentó la temperatura de transición vítrea (Tg) del material UV.

Estos resultados muestran que el efecto retardante de llama de los materiales curables por UV se puede lograr mediante el uso de retardantes de llama inorgánicos mixtos a base de amoníaco, que a su vez se pueden usar para lograr el efecto de modificación retardante de llama de materiales curables por luz'.

En términos generales, los retardantes de llama halogenados orgánicos tienen un mejor rendimiento retardante de fuego y el uso de pequeñas cantidades no solo tiene una alta adherencia, sino también un rendimiento a altas temperaturas y ultravioleta (UV).Contiene tipo éster de fosfato halógeno, el tipo volátil es pequeño, incoloro e inodoro, resistente a la degradación.Sin embargo, este tipo de retardante de llama en la incineración tiene un mayor contenido de hollín y la misma liberación de gas de azufre halogenado tiene un fuerte efecto erosivo, por lo que a menudo conduce a una contaminación ambiental secundaria.Y los retardantes de llama halogenados en el fuego después de la incineración también pueden emitir dibenzodioxinas halogenadas (PBDD) y dibenzofurano, lo que constituye un daño al sistema inmunológico y de regeneración del cuerpo.En la actualidad, los retardantes de llama halogenados orgánicos se han inclinado hacia la tendencia de desarrollo renovable, más simple, de alta seguridad química y alto contenido de cloro.

1.3 Retardantes de llama inorgánicos

El retardante de llama inorgánico se refiere a un tipo de compuestos inorgánicos agregados en la fórmula sintética, que tienen buenas características de retardo de llama, retardo de llama de coefecto y características de supresión de humo.Generalmente se divide en hidróxido de aluminio, hidróxido de aluminio, fósforo rojo, polifosfato de amonio, etc.

(1) Hidróxido de aluminio

Retardante de llama de hidróxido de aluminio, denominado ATH, las principales características del retardante de llama: descomposición térmica del hidróxido de aluminio del agua cristalina.La reacción es una fuerte reacción de absorción de calor; cuando se inhala una cierta cantidad de calor, se puede producir el efecto de enfriar el polímero, mientras que la reacción química del vapor generado también puede diluir sustancias inflamables, controlando así la propagación de la explosión. , la producción de gotas anti-fusión, para promover la carbonización de los no volátiles, no produce exudado, etc., alta calidad y bajo precio, se puede mantener una amplia gama de fuentes en la eficacia y seguridad del medio polimérico. Rendimiento, alta temperatura y las características de un buen rendimiento.No forma productos químicos nocivos a altas temperaturas y reduce la tasa de generación de humo cuando se enciende el material.

El tamaño de la superficie específica de ATH tiene poco que ver con el retardo de llama del material de relleno, que es consistente con el mecanismo de retardo de llama discutido anteriormente.Sin embargo, el aumento de la capa superficial específica de ATH también juega un papel importante en las propiedades termodinámicas del material de relleno, y su capacidad de tracción aumenta con el aumento del área superficial específica de ATH (reducción del tamaño de partícula).

El principal factor que limita actualmente su uso en la industria de productos plásticos y caucho en el país y en el extranjero puede estar estrechamente relacionado con la calidad de su superficie específica, y una de las formas importantes en que la superpartícula de ATH puede mejorar las propiedades mecánicas del relleno. material.'

En el sistema de PVC según el sistema de porcentaje en peso de ATH y proporción de 0,1, el índice de oxígeno del material de relleno al comienzo no aumenta rápidamente, y cuando la dosis de llenado es superior al cuarenta por ciento, su índice de oxígeno aumenta rápidamente, lo que sabe a capítulo. si el retardante de llama ATH solo, su dosis debe alcanzar más del cuarenta% en peso, y Shao Changsheng et al.que sus propiedades aerodinámicas ester con el aumento de la concentración de ATH y una disminución significativa en la que también explica que el ATH es principalmente un relleno inerte en la madera.

(2) hidróxido de magnesio

El hidróxido de aluminio es una nueva clase de retardante de llama inorgánico cargado, a través de la descomposición térmica de la liberación de agua unida y la adsorción para producir una gran cantidad de calor latente de la transición de fase, para reducir la temperatura de la superficie del material altamente sintético que es. Llenado de la llama, se produce un control de la disolución del polímero, que está abierto a la formación de gases inflamables en función del enfriamiento.

Yinsu Company utiliza el líquido de refinación del polvo de combustión ligera obtenido después de eliminar el sulfato y produce hidróxido de magnesio con buen efecto retardante de llama sin agregar surfactante tomando amoníaco de su líquido de refinación como materia prima principal.También se consideraron los efectos de la velocidad de paso del amoníaco, la temperatura de reacción y la adición de especies cristalinas sobre las características de producción del hidróxido de magnesio.

Los resultados de la investigación concluyeron que, debido al aumento de la temperatura de reacción, el tamaño de las partículas del producto terminado, pero la morfología de la superficie aún debe cambiarse, desde una forma irregular gradualmente hasta un bloque cúbico aproximado;debido a la velocidad del amoníaco, el rendimiento del producto también mejora, pero si la tasa de amoníaco es demasiado grande, la dispersión del producto y las partículas también se reducen en consecuencia: debido al aumento en la cantidad de especies cristalinas añadidas, el tamaño del hidróxido de magnesio continúa mejorando, pero el efecto del cambio en la morfología de la superficie no es obvio.El efecto no es obvio.

Los resultados experimentales muestran que, en una proporción de adición de semillas de cristal del tres por ciento (fracción de masa), un caudal de amoníaco de 300 ml/min y una temperatura de precipitación de magnesio de noventa grados Celsius, la producción de efecto retardante de llama inorgánico de hidróxido de aluminio es buena;producto D250 = 1,23 m, curvatura específica de 6,3 m2 de alto/g, tasa de utilización de más del ochenta y uno punto dos por ciento.

En resumen, los retardantes de llama inorgánicos tienen las siguientes características: menos peligrosos, por lo que la mayoría de los retardantes de llama inorgánicos son relativamente seguros;alta seguridad térmica, no volátil, sin descomposición, con un efecto retardante de llama duradero, no formará una sustancia corrosiva;relativamente económico: y la tasa de humo es pequeña, por lo que muchos retardantes de llama inorgánicos son muy buenos agentes desempañantes'.

1.4 Nanorretardante de llama

Mecanismo retardante de llama nano-retardante de llama El nano-retardante de llama puede reducir la inflamabilidad del material recubierto, prevenir la rápida propagación del fuego y se utiliza para aumentar el límite de la capacidad resistente al fuego del material recubierto de una clase especial de recubrimientos.Según su naturaleza resistente al fuego y su composición estructural, el Jian es un recubrimiento resistente al fuego no expandible y un recubrimiento resistente al fuego de bentonita.Los revestimientos resistentes al fuego no expansivos incluyen dos tipos: revestimientos resistentes al fuego explosivos y revestimientos resistentes al fuego incombustibles.

En respuesta a los problemas expuestos por el IFR tradicional aplicado al sistema PP, Yinsu Company, basado en el material renovable de origen biológico ácido fítico (PA) y la fuente de gas IFR tradicional melamina (MA), utilizó un sistema simple. y un método de síntesis hidrotermal respetuoso con el medio ambiente para obtener nanohojas supramoleculares de fitato de melamina (PAMA), y combinado con iones de metales de transición que tienen una fuerte capacidad de carbonatación catalítica (Mnt, Zn2+, Nf2n), Nf2n).Se produjo una clase de retardantes de llama de base biológica dopados con metales de transición (PAMA-Mn, PAMA-Zn, PAMA-Ni) con alta eficiencia retardante de llama.Luego se utilizaron para reemplazar la APP en el sistema PPIFR en grandes cantidades mediante el método de mezcla en estado fundido para obtener un mejor efecto retardante de llama.

Después de un análisis comparativo del rendimiento efectivo retardante de llama de los compuestos de PP antes y después del reemplazo de PAMA-M en la tasa de reemplazo de APp en el sistema PPL para treinta y tres% en peso, cuando la adición total de llama retardante para dieciocho% en peso, el índice de oxígeno límite máximo (el valor máximo Lo0 y el grado de ignición vertical UL menos noventa y cuatro son más que un gran valor, que es el mejor rendimiento para el efecto retardante de llama del PPMn treinta y tres LoL Valor máximo de treinta y uno punto nueve por ciento y pasó la calificación UL-94v-0.

Sin embargo, la eficiencia de reemplazo de APP por PAMA-M E-sheets o PAMA-Ni Nano-sheets puede alcanzar el 67% en peso o más, siempre que se cumplan las condiciones básicas de uso de rendimiento retardante de llama (UL94 Clasificación V-0) se cumplen.Además, las nanohojas PAMA-M no solo tienen una excelente dispersabilidad en la matriz de PP por sí mismas, sino que también ambas pueden cambiar la difusión de APp en la matriz de PP.

Utilizando los métodos de caracterización anteriores, el estudio de los principios retardantes de llama de pPMn33, PPZn33 y PPNi se puede obtener de la siguiente manera: bajo la influencia conjunta de los catalizadores moleculares in situ de metales de transición y la carbonización reticulante, aunque el material PP puede obtener una alta capa de carbono de alta calidad, debido al proceso de pirólisis en fase gaseosa todavía queda parte del hollín producido por los hidrocarburos aromáticos bicíclicos y los hidrocarburos aromáticos policíclicos, por lo que no es posible La ignición completa de PPMn33, PPZn33 y PPNi XXXIII tiene un alto LO1 Valor y puede alcanzar el nivel UL-94v-0.

Sin embargo, dado que los catalizadores entre Zn+ y Ni di+ tienen un efecto de formación de carbono más débil que Mn di+, el rendimiento de carbono residual relativamente pequeño del compuesto de pP impide que funcione como una barrera física durante un largo período de tiempo en el flujo de calor continuo alto. probado por CONE, y la capa de carbono puede fracturarse, lo que genera una gran diferencia en la liberación de calor entre PPZn33 y PPNi xxxiii.'

En conclusión, la aplicación de algunos de los nanomateriales tiene el efecto de inhibir la combustión y, si se añaden como retardantes de llama inorgánicos a sustancias combustibles, pueden mejorar las características de combustión espontánea de dichas sustancias combustibles y convertirlas en sustancias refractarias.Retardante de llama inorgánico en el procesamiento de materiales poliméricos de los principales aditivos a, porque siempre que el uso de nanomateriales para materiales poliméricos medicinales para ser procesamiento retardante de llama, puede ser fácilmente explosivo, se puede lograr un alto interés propio.

1.5 Retardante de llama compuesto

El compuesto de mecanismo retardante de llama retardante de llama compuesto es un material compuesto por materiales de refuerzo y materiales de matriz combinados entre sí, de modo que las ventajas de cada componente se puedan aprovechar al máximo.Por tanto, el material mostrará excelentes características que no se encuentran en un solo material.

La empresa Yinsu añadió el retardante de llama SNP al material de PC mediante tecnología de mezcla y formuló el compuesto PC/SNP, y luego llevó a cabo un estudio en profundidad sobre la eficiencia de ignición y la estabilidad térmica del compuesto mediante el método de índice limitante de oxígeno (LOI). ), combustión vertical (UL-94), prueba de temperatura y medición de cono, prueba de análisis termogravimétrico, etc. Los resultados de la prueba mostraron que el retardo de llama del SNP en el compuesto PC/SNP es muy alto y puede usarse como material base. del compuesto PC/SNP, para aprovechar al máximo las ventajas de cada componente.Los resultados de la prueba muestran que el valor LOI del sistema PC/SNP excede el valor máximo del 34,5 por ciento después de agregar menos del 0,1 por ciento de SNP y pasa con éxito la clase UL-94V-0, y el rendimiento aerodinámico del sustrato de PC básicamente no se ve afectado. después de la adición de SNP menos del 0,25 por ciento.

El aumento de SNP reduce la tasa máxima de liberación de calor y la tasa máxima de emisión de humo de la PC en un 21,1 por ciento y un 25 por ciento, respectivamente, lo que resulta en un efecto dual de retardo de llama en fase gaseosa y en fase condensada.El aumento de SNP avanzó la temperatura de disolución inicial de la PC, lo que condujo a la formación de una capa de carbono continua.

También analizamos la cinética de descomposición térmica de los compuestos utilizando métodos como Flynn-Wal1-Ozawa y Kissinger, y los resultados experimentales mostraron que el SNP podría hacer que la energía de activación de la descomposición térmica del PC aumente considerablemente, mejorando así la estabilidad térmica del Matriz de PC.

Se llevó a cabo un estudio de la morfología aparente de la capa de carbón después de la prueba LOI utilizando técnicas de espectroscopía de infrarrojo cercano y microscopía electrónica de barrido (SEM), y los resultados mostraron que la adición del SNP retardante de llama dio como resultado una capa de carbón continua y esponjosa. de PC/SNP (0,1%) en la capa superficial del sistema, lo que en consecuencia resultó en una barrera altamente eficiente contra el calor y el oxígeno y, por lo tanto, un efecto retardante de llama.'

En conclusión, el retardante de llama compuesto se produce mediante una variedad de tipos de retardantes de llama mezclados, lo que combina las características de una variedad de retardantes de llama en uno, puede desempeñar un efecto retardante de llama más excelente, pero al mismo tiempo, también tiene un Muchas desventajas, por ejemplo, el proceso de producción es relativamente complejo, puede haber algunas desventajas del retardante de llama.