Retardante de llama + Reducción de humo, un artículo para que comprenda la clasificación y selección de supresores de humo retardantes de llama de polímeros

Retardante de llama + Reducción de humo, un artículo para que comprenda la clasificación y selección de supresores de humo retardantes de llama de polímeros

En un incendio, la mayoría de las personas no mueren debido a las altas temperaturas, sino principalmente porque el material combustible durante el proceso de combustión libera gases tóxicos y nocivos, lo que provoca intoxicación o una ingesta insuficiente de oxígeno y la muerte.Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de nuevos procesos de combustión no tóxicos e inofensivos que no produzcan gases y hollín menos tóxicos y nocivos, materiales retardantes de llama con buenas propiedades retardantes de llama es el enfoque actual en el campo de los retardantes de llama en la dirección de la investigación.

En la actualidad, principalmente mediante la adición de óxidos de metales de transición, complejos de magnesio y zinc, hidróxidos metálicos, óxido de estaño, ferroceno, óxido de cobre y otros supresores de humo para resolver el problema del exceso de humo en el incendio. Nuevos supresores de humo y combustión sin gases tóxicos y nocivos producidos por el retardante de llama es la tendencia futura de la investigación y el desarrollo de materiales retardantes de llama.

Los polímeros generales en el proceso de combustión producirán mucho humo, parte del humo de la combustión del polímero es tóxico. Cuando el polímero se agrega al retardante de llama, especialmente a los retardantes de llama halogenados y al trióxido de antimonio, la combustión producirá más humo y gases tóxicos.

Composición del humo

El humo negro son las partículas sólidas y aglomerados suspendidos en los productos de los gases de combustión.

Generalmente se cree que existen tres formas de reducir la concentración de humo negro: uno es aprovechar el efecto de cobertura, el efecto de transferencia, la inhibición de los radicales libres, acelerar la formación de carbono y otros principios retardantes de llama para cambiar el patrón de combustión;el segundo es una gran cantidad de materiales inorgánicos de relleno, al reducir el contenido de materiales combustibles para reducir la cantidad de humo, pero una dosis demasiado grande provocará daños graves al rendimiento del producto;el tercero es utilizar el efecto sinérgico, el compuesto de retardante de llama.

El humo blanco se debe principalmente al vapor de agua que se genera cuando el material se quema y al condensado de vapor de agua y otras partículas diminutas suspendidas en el aire.También hay algunas partes invisibles como gases, como HCl, CO.₂, CO, HCN y metano.

Aunque el vapor de agua es inofensivo para los humanos, hace que la tasa de transmisión de la luz disminuya y la densidad del humo aumente. El hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio debido a la absorción del calor de la combustión y desempeñan un papel retardante de llama, pero la generación de vapor de agua es la principal causa del humo blanco..Por lo tanto, es crucial cómo alcanzar un equilibrio entre retardante de llama y supresión de humo.

¿Qué materiales tienden a producir humo?

Para medir el tamaño del material quemado, el humo generalmente utiliza la densidad óptica específica máxima (Dm), también conocida como densidad máxima de humo.Cuanto mayor es la densidad óptica específica máxima de los polímeros, mayor es el humo, cuanto más denso es el humo negro al quemarse, mayor es la contaminación del medio ambiente.La densidad óptica específica máxima de los polímeros comúnmente utilizados se muestra en la siguiente tabla.

En la tabla se puede ver:

1. estructura de poliolefina o polímeros con anillo de benceno en la cadena lateral, la cantidad de humo es mayor, esto se debe a que la cadena de carbono del polieno se puede ciclar, policondensación, la generación de partículas de carbono grafitizadas;

2. Mientras que la cadena lateral tiene un anillo de benceno en el polímero (como el poliestireno), la combustión es fácil de generar hidrocarburos insaturados conjugados de doble enlace, y luego la policondensación de ciclación de la cadena de carbono en carbón, la cantidad de humo es alta.

3. La ciclación del cloruro de polivinilo y el cloruro deshidrogenado también es fácil de formar una gran cantidad de polímero de humo de combustión.

Debido a la combustión del polímero. Estándar libre de humo para la densidad óptica específica máxima Dm por debajo de 300, por lo que PET, PC, PS, ABS y PVC y otras grandes cantidades de resinas que emiten humo y retardantes de llama también necesitan realizar una modificación del humo, de las cuales el PVC es particularmente importante.

Selección de retardantes de llama y supresores de humo.

En la tecnología retardante de llama contemporánea, el 'retardante de llama' y la 'supresión de humo' son comparables; para algunos polímeros, la 'supresión de humo' es más importante que el 'retardante de llama'.Para algunos polímeros, la 'supresión de humo' es más importante que el 'retardante de llama', por lo que es muy importante desarrollar retardantes de llama que supriman el humo.¿Qué tipo de material tiene las condiciones de supresor de humo?

Cuando un material arde, la llama se difunde y la convección del aire lleva al aire el carburo generado, que es la razón fundamental del aumento de la cantidad de humo.Si el carburo generado puede solidificarse en la superficie del material en llamas, en lugar de flotar en el aire, se reducirá en gran medida la densidad del humo del material.La clave para hacer realidad esta idea es sintetizar o buscar un compuesto que pueda fundirse entre 700 y 1000 ℃, con un rendimiento de temperatura similar al del adhesivo.

Al mismo tiempo, en el diseño de formulaciones retardantes de llama sin humo, en la medida de lo posible para elegir un retardante de llama con bajo contenido de humo, la densidad óptica específica máxima de varios tipos de retardantes de llama se muestra en la siguiente tabla.El sistema retardante de llama de halógeno/antimonio y el fósforo rojo recubierto aumentan la cantidad de humo y la difusión de gases tóxicos, por lo que al utilizar el sistema retardante de llama de bromo, es necesario agregar supresor de humo al mismo tiempo.

En resumen, los aditivos supresores de humo se pueden dividir en dos categorías: inorgánicos y orgánicos, y los aditivos supresores de humo inorgánicos son los más utilizados.

(1) Aditivos supresores de humo inorgánicos

Los supresores de humo inorgánicos son principalmente óxidos, hidróxidos y sales metálicas.

a.El molibdeno es un óxido metálico comúnmente utilizado como ayuda para la supresión de humo, las principales variedades de trióxido de molibdeno, octamolibdato amina, molibdato de calcio, fosfomolibdato de calcio, molibdato de zinc, etc., así como compuestos de molibdeno y antimonio, óxido de cobre, óxido de hierro, óxido de cadmio, etc. y con las mejores variedades de efecto supresor de humo.Un gran número de compuestos supresores de humo de molibdeno de alta eficiencia comercializados son el trióxido de molibdeno y el octamolibdato de amonio.

Compuestos de molibdeno para el principio de supresión de humo en la fase condensada mediante reticulación para promover la formación de carbón vegetal, para desempeñar el papel de supresión de humo.Por ejemplo, los compuestos de molibdeno forman carbón residual con PVC y otras resinas durante el proceso de combustión, cubriendo la superficie del polímero para lograr el efecto de retardante de llama y supresión de humo.Agregue una cantidad general de supresor de humo a base de molibdeno del 2% al 3% entre la cantidad de humo y se puede reducir en un 30% al 80% de la cantidad de humo.

b.Mecanismo ferroquímico de supresión de humo en la fase condensada mediante reticulación para promover la formación de carbono, pero también como catalizador de oxidación, el polímero se convertirá en monóxido de carbono y dióxido de carbono.Las principales variedades son ferroceno, ácido ferroceno 1,1-dicarboxílico, óxido férrico, oxalato de hierro y potasio, oxalato ferroso, etc., y haluros y uso.

El ferroceno es un complejo ciclopentadienilo de hierro ferroso.El ferroceno es de color rojo anaranjado y no se puede utilizar con retardantes de llama que contengan fósforo.Y debido al color, no es fácil promocionar la aplicación.El ferroceno se vende principalmente como supresor de humo para PVC rígido.Cada 100 PVC con 0,5 copias, puede lograr una reducción del humo del PVC duro del 30% al 70%.El ferroceno se convierte rápidamente en α-Fe2O3 en el proceso de des-HCl del PVC, que existe en la capa de carbono.El α-Fe2O3 puede hacer que la capa carbonizada se queme y catalizar la oxidación de la capa de carbono para convertirse en CO y CO2, lo que reduce la cantidad de formación de negro de humo.

FeCl2 y FeCl3 son los antecesores de la generación de α-Fe2O3, también son eficaces eliminadores de humo, cambian para siempre el proceso de craqueo del PVC, por lo que es fácil generar alquitrán ligero, reduciendo así la generación de humo negro.

C.Las principales variedades de hidróxido metálico son el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio.El principio específico de supresión de humo se forma en el proceso de calentamiento de alúmina y el óxido de magnesio tiene una gran superficie y puede adsorber el hollín;en fase sólida para favorecer la formación de carbón vegetal;agua exotérmica en vapor de agua, se pueden diluir gases combustibles, dilución de humo;Puede ser la descomposición térmica de compuestos que contienen halógenos con la liberación de una reacción de haluro de hidrógeno (captura de haluro de hidrógeno), reduciendo así la cantidad de humo en los gases tóxicos de haluro de hidrógeno.El efecto de supresión de humo de hidróxido metálico único ha sido muy bueno, pero el uso de dos compuestos directos o con compuestos de molibdeno, óxidos metálicos y compuestos metálicos tiene mejores resultados.

d.Las principales variedades de sales metálicas son carbonatos como el carbonato de calcio, boratos como el borato de zinc, fosfatos como el fosfato de zinc, oxalatos como el oxalato de cromo y cobre, etc., sulfatos como el sulfato de zinc, etc., estanatos como el zinc. estanato, aluminato tal como aluminato de zinc.

El principio de supresión de humo de CaCO3 es que puede ser humo en la reacción de haluro de hidrógeno (captura), de modo que se genere CaCl2 estable.Debido a que la reacción sólido-gas no es homogénea, solo puede llevarse a cabo en la superficie de las partículas sólidas, por lo que el tamaño de las partículas de CaCO3 se convierte en un factor importante en el efecto de la supresión del humo.Sólo las partículas diminutas tienen una superficie específica mucho mayor.De acuerdo con el principio de supresión de humo anterior, todos los polímeros que producen haluro de hidrógeno al quemarse, como el cloruro de vinilo, el polietileno clorosulfonado, el caucho de neopreno, etc., pueden utilizar CaCO3 como supresor de humo.

mi.Los óxidos metálicos compuestos nano de doble hidroxilo (LDH) supresores de humo nanorretardantes de llama son una clase de óxidos metálicos compuestos con una estructura en capas. Agregar de 3 a 5 partes de LDH en PVC puede hacer que la densidad máxima de humo de la combustión de PVC disminuya en un 30 % -50 %, y menor impacto en sus propiedades mecánicas.Llenado con CaCO3 a nanoescala, método para llevar a cabo la supresión de humo, la cantidad de llenado es solo de aproximadamente el 10%, producirá el efecto deseado.

F.El supresor de humo de acoplamiento de reducción puede promover el proceso de acoplamiento de aditivos en la escisión del polímero y puede producir compuestos metálicos de valencia cero, incluida una serie de compuestos carbonílicos de metales de transición, formiato y oxalato de metales de transición, complejos de cobre monovalentes;y complejos de cobre monovalentes que contienen fosfito u otros ligandos, etc., de los cuales los compuestos de cobre son uno de los aditivos más eficaces de este tipo.

Los compuestos de Cu (II) pueden reducir en gran medida la cantidad de benceno generado durante el craqueo, y el grado de reticulación del PVC aumenta considerablemente cuando Cu2O está presente a 200 ℃ ~ 300 ℃.Los compuestos de cobre provocan reticulación mediante acoplamiento reductor, aunque las sales de cobre no catalizan fácilmente la isomerización (isomerización cis-trans) de polienos, aunque también pueden actuar como catalizadores ácidos débiles para promover la alquilación de Friedel-Crafts.

Como agente de acoplamiento reductor adecuado, generalmente debería tener las siguientes propiedades:

1. La actividad electroquímica del metal debe ser baja, es decir, el ion metálico debe poder reducirse a un estado de oxidación cero;

2. En el óxido metálico, el metal debe tener un estado de oxidación más bajo, o el complejo metálico debe tener un ligando oxidable y ser capaz de generar un metal de valencia baja o nula mediante eliminación reductora térmica;

3. El ion metálico debe estar por encima de la temperatura de procesamiento del polímero para poder reducirlo;

4. Debe ser económico, en la medida de lo posible incoloro y sin efectos adversos sobre la formulación polimérica.

(2) Aditivos orgánicos supresores de humo.

a.El sistema de silicio orgánico es un nuevo tipo de retardante de llama libre de halógenos, pero también un supresor de humo de tipo carbón, que proporciona a los polímeros un excelente supresor de humo retardante de llama al mismo tiempo, pero también mejora las propiedades de procesamiento del material y mejora la Resistencia mecánica del material, en particular, resistencia al impacto a baja temperatura.Actualmente en el mercado el retardante de llama de silicona SFR100 producido por General Electric, es un polímero de silicona transparente, viscoso, con una variedad de agentes sinérgicos (estearato, mezclas de amina polifosfato y pentaeritritol, hidróxido de aluminio, etc.) y se ha utilizado para ignífugos. poliolefinas retardantes, dosis bajas para cumplir con los requisitos generales de retardo de llama, dosis altas pueden dotar al sustrato de un excelente retardante de llama y supresión de humo.

b.Sistema ferroceno, las principales variedades de ferroceno y algunas sales de ácidos orgánicos.Los más utilizados son el ferroceno y algunos compuestos orgánicos de hierro; son más adecuados para suprimir el humo del PVC, añadiendo una cantidad de 1,5 partes.

(3) Sistema retardante de llama sinérgico

El sistema retardante de llama sinérgico se refiere al sistema retardante de llama compuesto por dos (uno de los cuales es un retardante de llama y el otro es un agente sinérgico) o más de dos componentes, cuyo efecto retardante de llama es mejor que la suma del efecto retardante de llama de cada uno. componente.Las ventajas y desventajas del sistema sinérgico a menudo se expresan como 'eficiencia sinérgica' (SE), que se define como la relación entre la eficiencia retardante de llama (EFF) del sistema sinérgico y la de un solo retardante de llama (sin retardante de llama sinérgico). agente) en el sistema (con la misma cantidad de aditivo), y el EFF se define como el aumento en el índice de oxígeno (LOI) del sustrato retardante de llama por unidad de masa del elemento retardante de llama (dentro de un cierto rango de cantidad de aditivo) .la cantidad agregada está dentro de un cierto rango).En la mayoría de los casos, el valor SE se basa en los resultados obtenidos del sistema sinérgico con la mejor eficiencia retardante de llama.

Para los retardantes de llama halogenados en poliestireno retardante de llama, ABS y algunos otros plásticos, se puede utilizar un complejo de óxido de antimonio y silicato inorgánico como sinérgico.Este sinérgico es económico y tiene una intensidad de color baja.Además, los compuestos de antimonio / compuestos de magnesio - compuestos de zinc compuestos del complejo como algunos de los agentes sinérgicos del sistema retardante de llama, ambos para mejorar el efecto retardante de llama, pero también pueden desempeñar un efecto de supresión de humo.

Los compuestos de estearato de zinc/talco/hierro compuestos del complejo también son un agente sinérgico con bajo contenido de humo. Al agregar la cantidad adecuada de este agente sinérgico, se pueden producir algunos plásticos retardantes de llama que contienen halógenos, la densidad del humo disminuye y la transmitancia de luz aumenta.