Mecanismo de reacción de 5 retardantes de llama de uso común

Mecanismo de reacción de 5 retardantes de llama de uso común

Los retardantes de llama son aditivos funcionales que confieren retardo de llama a polímeros inflamables. Están diseñados principalmente para retardar la llama de materiales poliméricos y desempeñan su función retardante de llama a través de una serie de mecanismos, como la absorción de calor, la cobertura, la inhibición de la reacción en cadena y la asfixia de gas incombustible. La mayor parte del retardante de llama se consigue a través de varios mecanismos que trabajan juntos para lograr el propósito del retardante de llama.

El papel del retardante de llama.

1. Absorción de calor

Cualquier combustión en un período de tiempo relativamente corto el calor liberado es limitado, si la fuente de fuego puede absorber en un período de tiempo relativamente corto parte del calor liberado, entonces la temperatura de la llama se reducirá, la radiación a la superficie de combustión y la El papel de las moléculas combustibles que se han vaporizado para descomponerse en radicales libres reducirá la cantidad de calor y la reacción de combustión se inhibirá hasta cierto punto.

En condiciones de alta temperatura, el retardante de llama sufre una fuerte reacción de absorción de calor, absorbe parte del calor liberado por la combustión, reduce la temperatura de la superficie del material combustible, inhibe eficazmente la generación de gases combustibles y previene la propagación de la combustión. El mecanismo retardante de llama del retardante de llama Al (OH) 3 es mejorar el rendimiento retardante de llama aumentando la capacidad calorífica del polímero, de modo que absorba más calor antes de alcanzar la temperatura de descomposición térmica. Este tipo de retardante de llama aprovecha al máximo su propiedad de absorber una gran cantidad de calor cuando se combina con vapor de agua, para mejorar su propia capacidad retardante de llama.

2. Efecto cubriente

Después de agregar retardantes de llama a los materiales combustibles, los retardantes de llama pueden formar una capa de cubierta de espuma vítrea o estable a alta temperatura para aislar el oxígeno, que tiene la función de aislamiento térmico, aislamiento de oxígeno y evita que los gases combustibles escapen al exterior, por lo que para lograr el propósito de retardar la llama. Como los retardantes de llama organofosforados, pueden producir una estructura más estable cuando se calienta un material sólido reticulado o una capa carbonizada. La formación de una capa carbonizada, por un lado, puede impedir una mayor pirólisis de los polímeros y, por otro lado, puede impedir su descomposición térmica interna de los productos en la fase gaseosa para participar en el proceso de combustión.

3. Inhibición de la reacción en cadena.

Según la teoría de la reacción en cadena de la combustión, se requieren radicales libres para mantener la combustión. Los retardantes de llama pueden actuar en la zona de combustión en fase gaseosa para capturar los radicales libres en la reacción de combustión, evitando así la propagación de la llama, de modo que la densidad de la llama en la zona de combustión disminuye y, en última instancia, la velocidad de la reacción de combustión disminuye hasta su terminación. . Como los retardantes de llama que contienen halógenos, su temperatura de evaporación y temperatura de descomposición del polímero son iguales o similares, cuando la descomposición térmica del polímero, el retardante de llama también se volatiliza al mismo tiempo. En este momento, los retardantes de llama que contienen halógenos y los productos de descomposición térmica al mismo tiempo en la zona de combustión en fase gaseosa, el halógeno podrá capturar los radicales libres en la reacción de combustión, interfiriendo con la reacción en cadena de la combustión.

4. Efecto asfixiante del gas no inflamable.

Cuando el retardante de llama se calienta, descompone el gas no inflamable, lo que diluirá la concentración de gases combustibles provenientes de la descomposición de materiales combustibles por debajo del límite inferior de combustión. Al mismo tiempo, también tiene el efecto de diluir la concentración de oxígeno en la zona de combustión, evitando que la combustión continúe y logrando el efecto retardante de llama.

La gran mayoría de los polímeros están compuestos por elementos como el carbono y el hidrógeno, que son altamente inflamables, y en el proceso de combustión se produce una compleja reacción en cadena de radicales libres, que liberarán una gran cantidad de energía térmica, provocando daños directos, pero también aumentar rápidamente el fuego.

5 retardantes de llama comunes mecanismo retardante de llama

1. Retardante de llama inorgánico

El efecto retardante de llama del retardante de llama inorgánico es principalmente utilizar el almacenamiento de calor y la conductividad térmica de un relleno de gran volumen específico, de modo que no es fácil que el material alcance la temperatura de descomposición, o mediante la descomposición térmica de la absorción de calor del retardante de llama, por lo que para aliviar o terminar el proceso de calentamiento del material principal. El mecanismo retardante de llama consiste en liberar agua cristalina cuando se calienta, se evapora, se descompone y libera vapor de agua. Este proceso de reacción necesita absorber una gran cantidad de energía térmica de combustión, lo que reduce significativamente la temperatura de la superficie del material, de modo que la probabilidad de descomposición térmica y combustión de materiales poliméricos se reduce considerablemente.

2. Retardantes de llama halogenados

Los retardantes de llama halogenados son actualmente la mayor producción mundial de retardantes de llama orgánicos, la aplicación de retardantes de llama más halogenados son retardantes de llama que contienen bromo y cloro. La mayoría de los retardantes de llama halogenados son orgánicos y el material polimérico principal tiene buena compatibilidad, como aditivo retardante de llama, los retardantes de llama halogenados no tendrán un efecto intrínseco sobre las propiedades fisicoquímicas del propio material polimérico; además, los retardantes de llama halogenados pueden ser satisfechos con la cantidad de sus adiciones es muy pequeña, pero se puede lograr con un excelente efecto retardante de llama. Los retardantes de llama halogenados que contienen bromo incluyen compuestos alifáticos, alicíclicos, aromáticos y otros compuestos bromados, como el éter decabromodifenilo, el decabromodifeniletano y el tetrabromobisfenol A. Los retardantes de llama clorados son principalmente parafinas cloradas. El mecanismo retardante de llama del bromo y el cloro es similar: a alta temperatura, el enlace carbono-halógeno en el retardante de llama halógeno puede romperse, liberando radicales halógenos y capturando eficazmente los radicales libres activos generados por la degradación de los materiales poliméricos debido al calor. que puede reducir eficazmente la concentración de radicales libres, aliviando o terminando así la reacción en cadena de la combustión de los radicales libres. Además, el haluro de hidrógeno liberado por la descomposición de retardantes de llama halogenados tiene la propiedad de no ser fácil de quemar, bloqueando efectivamente el oxígeno e inhibiendo la reacción de combustión al mismo tiempo. Sin embargo, una vez agregado el material polimérico retardante de llama halogenado, se producirá una gran cantidad de gas de haluro de hidrógeno, este tipo de gas es tóxico y corrosivo, pero también es muy fácil de adsorber la humedad en el aire para formar un fuerte ácido hidrohálico corrosivo, acompañado Por una gran cantidad de humo, estos humos, gases tóxicos y gases corrosivos serán peligrosos para la salud humana, pero también para la extinción de incendios, los trabajos de escape y recuperación han traído grandes obstáculos.

3. Retardante de llama Al(OH)3 tratado

El hidróxido de aluminio, también conocido como óxido de aluminio trihidrato (ATH), con la fórmula molecular de Al(OH)3, es uno de los primeros retardantes de llama inorgánicos, que puede tener efectos sinérgicos con una variedad de sustancias y no es tóxico ni -corrosivo. En la actualidad, el uso de retardante de llama de hidróxido de aluminio representa más del 80% de la cantidad total de retardantes de llama inorgánicos y se usa ampliamente en una variedad de productos plásticos poliméricos. La adición de hidróxido de aluminio a materiales poliméricos reduce la concentración de polímeros inflamables. Cuando el material polimérico se calienta (alrededor de 250 ℃), el hidróxido de aluminio sufre una reacción de deshidratación y absorbe una gran cantidad de energía térmica, inhibiendo eficazmente el calentamiento del material polimérico. Al mismo tiempo, el vapor de agua generado por la descomposición puede diluir el gas inflamable y la concentración de oxígeno generada por la combustión, lo que inhibe la propagación continua de la combustión. Al mismo tiempo, la descomposición de otro óxido metálico producido por el óxido de aluminio (Al2O3) debido a la alta actividad catalítica, puede catalizar la reacción de reticulación térmica del polímero, formando así una capa de película carbonizada densa en la superficie del polímero, que puede Frena efectivamente la combustión de la transferencia de calor, desempeñando así un papel en el retardante de llama. El óxido de aluminio también puede adsorber partículas e inhibir el hollín. En general, cuanto mayor sea el contenido de hidróxido de aluminio añadido, mejor será el efecto retardante de llama, pero demasiado relleno reducirá significativamente la resistencia del material polimérico y otras propiedades. El hidróxido de aluminio también tiene otro inconveniente, es decir, la temperatura de descomposición es baja, entre 245 y 320 ℃ puede ocurrir una reacción de deshidratación, por lo que la adición de hidróxido de aluminio retardante de llama también limita la temperatura de procesamiento de los materiales poliméricos.

4. Retardante de llama de fósforo

Según la naturaleza y composición de los retardantes de llama de fósforo se pueden dividir en retardantes de llama de fósforo inorgánico y retardantes de llama de fósforo orgánico. Los retardantes de llama de fósforo inorgánico incluyen fósforo rojo, fosfato de amonio y polifosfato de amonio, etc. Los retardantes de llama de fósforo orgánico incluyen ésteres de fosfato, fosfito, etc. Los retardantes de llama de fósforo también son un tipo de retardantes de llama altamente eficientes, estables y ampliamente utilizados, y su mecanismo retardante de llama es principalmente formar una película aislante para lograr el efecto retardante de llama.

Como retardante de llama de fósforo inorgánico típico, el fósforo rojo tiene un proceso de reacción único y complejo. Cuando se calienta el fósforo rojo, primero se producirán una serie de reacciones de descomposición térmica. En la etapa de temperatura más baja, el fósforo rojo comienza a transformarse lentamente, se irá descomponiendo gradualmente para generar ácido fosfórico (H₃PO₄), el proceso de ruptura y reorganización de enlaces químicos libera una cierta cantidad de calor, pero al mismo tiempo, el ácido fosfórico generado en la superficie del material tiene un papel clave.

El ácido fosfórico se deshidrata aún más bajo la influencia de altas temperaturas y se convierte en una serie de productos de fosfato condensados ​​como el ácido pirofosfórico (H₄P₂O₇) y el ácido metafosfórico (HPO₃). Estos ácidos fosfóricos condensados ​​son altamente higroscópicos y forman rápidamente una película líquida vítrea rica en fósforo y oxígeno en la superficie de los combustibles, la llamada película barrera. La existencia de esta capa de película aislante es importante, por un lado, puede aislar el oxígeno, de modo que el área de combustión del suministro de oxígeno se corta o se reduce considerablemente, porque el oxígeno es esencial para mantener la combustión de los elementos. Si no hay suficiente suministro de oxígeno, la reacción de combustión será difícil de continuar y el fuego también será sofocado.

Por otro lado, esta película también evita la difusión de volátiles inflamables en el área de la llama. En el proceso de combustión, los componentes combustibles volátiles generados por la descomposición del material pueden continuar ingresando al área de la llama, ya que la llama agrega un flujo constante de 'combustible', mientras que la membrana líquida vítrea actúa como una barrera. , bloqueando efectivamente estos componentes volátiles en la membrana, evitando que sigan apoyando la reacción de combustión.

Además, el fósforo rojo produce algunos intermedios reactivos que contienen fósforo con capacidad para atrapar radicales libres, como PO・, HPO・ y otros radicales libres durante el proceso de descomposición. En la reacción en cadena de la combustión, los radicales libres desempeñan un papel clave en la transmisión y el mantenimiento de la reacción de combustión, y estos intermediarios reactivos que contienen fósforo pueden reaccionar rápidamente con los radicales libres altamente reactivos (p. ej., radical hidroxilo, H, OH, etc.) generados durante el proceso de combustión y convertirlos en compuestos relativamente estables, interrumpiendo así la reacción en cadena de la combustión y dificultando fundamentalmente el desarrollo continuo de la combustión.

Además, los productos de descomposición, como el ácido fosfórico formado por el fósforo rojo en el área de combustión, también pueden catalizar la reacción de carbonización en la superficie del material, lo que lleva a la rápida formación de una capa de carbono relativamente densa en la superficie del material. Esta capa de carbón también es una excelente capa aislante del calor, que puede bloquear la transferencia adicional de calor al interior del material, ralentizando la velocidad del material interno para alcanzar el punto de ignición y también mejora el efecto de barrera física del todo el sistema de material y mejora aún más el efecto retardante de llama junto con la película aislante, lo que hace que el fósforo rojo muestre excelentes propiedades retardantes de llama y desempeñe un papel importante en muchos campos que requieren protección contra incendios y protección retardante.

5.Retardante de llama de silicio

Los retardantes de llama de silicona incluyen silicio inorgánico y silicona, de los cuales el silicio inorgánico incluye principalmente sílice, gel de sílice, silicato y talco, etc., que se utilizan comúnmente como cargas; El retardante de llama de silicona es un nuevo tipo de retardante de llama sin halógenos, pero también un supresor de humo de carbón, se refiere principalmente a resinas de silicona, polisiloxanos (aceite de silicona, resinas de silicona, caucho de silicona y una variedad de copolímeros de silicona, etc.), polisilanos, etc., que son los que se están desarrollando más rápidamente. El desarrollo más rápido es el polisiloxano. El mecanismo retardante de llama se refleja principalmente en el mecanismo retardante de llama de fase condensada, es decir, a través de la generación de una capa de carbono agrietada y mejora las propiedades antioxidantes de la capa de carbono para lograr su efecto retardante de llama. Después de agregar retardantes de llama de organosilicio a materiales poliméricos, la mayoría de los retardantes de llama de organosilicio migrarán a la superficie del material y reaccionarán a alta temperatura para formar una capa de silicato que contiene carbono en la superficie del polímero, lo que tiene el efecto de ralentizar o impedir el escape de gases inflamables y la generación de radicales libres. Al mismo tiempo, el retardante de llama también promoverá la carbonización del polímero, reduciendo así la tasa de degradación del polímero, por lo que no es fácil la descomposición térmica a altas temperaturas. Por otro lado, los retardantes de llama a base de silicona también sufrirán descomposición térmica cuando se someten a calor, y este proceso requiere la absorción de una gran cantidad de calor, lo que puede lograr el efecto de ralentizar o interrumpir el calentamiento de los materiales retardantes de llama.

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