Según la diferencia en el método de introducción, los retardantes de llama se pueden dividir en retardantes de llama aditivos y retardantes de llama reactivos. Los retardadores de llama aditivos generalmente se incorporan a los polímeros de forma física, lo cual es económico y conveniente de usar, pero generalmente tienen poca compatibilidad con los polímeros. Defectos en las propiedades mecánicas de los materiales poliméricos.
A diferencia del principio de los retardantes de llama aditivos, los retardantes de llama reactivos pueden formar copolímeros con monómeros o realizar una reacción de injerto en polímeros, de modo que los materiales puedan tener un retardo de llama duradero. Además, los retardantes de llama reactivos tienen poco efecto sobre las propiedades mecánicas y mecánicas de los materiales poliméricos, y solo una pequeña cantidad puede lograr un mejor efecto retardante de llama, que es un tema candente en la investigación actual sobre retardantes de llama. Este documento presenta principalmente el mecanismo retardante de llama básico de los retardantes de llama reactivos y el estado de la aplicación de resina epoxi, poliuretano, tela de algodón y papel retardante de llama.
Mecanismo retardante de llama de retardantes de llama reactivos
El proceso de combustión de los materiales poliméricos es un proceso complejo con una reacción multifásica, que se acompaña de cambios tanto físicos como químicos. Los retardantes de llama reactivos muestran diferentes mecanismos retardantes de llama en diferentes sistemas retardantes de llama, que son causados por las diferencias en la composición de los propios retardantes de llama y las propiedades materiales de los diferentes polímeros. Pero, en general, el mecanismo retardante de llama de los retardantes de llama reactivos se puede dividir en dos categorías: mecanismo de fase gaseosa y mecanismo de fase condensada.
1. Mecanismo de fase gaseosa
En correspondencia con el proceso de combustión, el mecanismo retardante de llama de fase gaseosa de los retardantes de llama reactivos incluye tanto efectos físicos como reacciones químicas, y más es el efecto sinérgico de los dos. El efecto físico se manifiesta principalmente en que el retardante de llama parcialmente reactivo puede absorber el calor del ambiente, descomponerse y liberar gases incombustibles como nitrógeno, amoníaco y dióxido de carbono, que generalmente pueden diluir el gas inflamable en la grieta del material polimérico o en el centro de la llama. Reduce la concentración del gas volátil por debajo del límite de combustión, para evitar que el material continúe ardiendo. A veces, algunos gases no inflamables también tienen el efecto de disipación de calor, lo que puede reducir la temperatura del entorno circundante.
El efecto químico se refleja principalmente en el mecanismo de captura de radicales libres. Por ejemplo, algunos retardadores de llama a base de fósforo pueden liberar radicales libres relacionados en un ambiente de alta temperatura y reaccionar con H. y O H. que contribuyen a la combustión. En este caso, se puede evitar la reacción en cadena de la combustión y se puede reducir considerablemente el calor liberado por la llama.
2. Mecanismo de condensación
El mecanismo retardante de llama de los retardantes de llama reactivos tiene varios modos de acción en la fase condensada, y la formación de carbono es el modo más común. Los retardantes de llama reactivos generalmente pueden aumentar en gran medida la formación de carbón de los polímeros, especialmente los polímeros que contienen oxígeno, como la resina epoxi, la celulosa, etc.
La capa de carbono se forma generalmente en el área límite de la fase gaseosa y la fase condensada y tiene un buen efecto protector. Puede considerarse como una barrera protectora para evitar la transmisión de oxígeno y la transmisión de calor en el aire, y lograr el efecto de inhibir la generación de gases inflamables. Tomando como ejemplo la aplicación de retardantes de llama en telas de algodón, cambia el proceso de reacción de craqueo térmico de la cadena macromolecular de la fibra en la fase condensada y promueve la deshidratación, la reticulación y otras reacciones, y forma gradualmente una capa de carbono. La cantidad de residuo de carbón aumentó y la cantidad de gas combustible disminuyó en el proceso.
Retardante de llama de carbón en fase condensada
Los retardantes de llama reactivos no solo pueden aumentar los residuos de carbono, sino que también promueven la antioxidación del carbono y evitan que el carbono se oxide por completo a dióxido de carbono, lo que reduce el calor liberado por la oxidación. Además de la formación de carbón, el modo de acción de los retardantes de llama reactivos en la fase condensada también incluye la inhibición de radicales libres, el mecanismo de influencia de la viscosidad del polímero fundido y el efecto del recubrimiento superficial.
Diagrama esquemático de la resistencia a la llama, como la inhibición de radicales libres y la formación de carbonilla
Por lo general, la función principal de los retardantes de llama reactivos en los materiales retardantes de llama es generar gas incombustible cuando se quema el polímero, diluir la concentración del gas combustible, reducir efectivamente el efecto térmico del material durante la combustión y descomposición, y aumentar el efecto de carbonización. . cantidad, dificultando la transferencia de oxígeno y calor. Además, después de que algunos materiales poliméricos se tratan con retardadores de llama reactivos, la temperatura de ignición aumenta considerablemente y también se logra el efecto del retardante de llama.
Su Aplicación en Poliuretano
El poliuretano (PU) es un polímero compuesto de unidades orgánicas unidas por uretano y tiene muchas propiedades excelentes, como buena resistencia al ruido, aislamiento térmico y resistencia al desgaste. Sin tratamiento ignífugo, el índice de oxígeno límite (LOI) del material de poliuretano es de alrededor del 18 por ciento, que es fácil de quemar y libera mucho calor y gases tóxicos que son dañinos para el cuerpo humano. En la actualidad, los retardantes de llama reactivos de poliuretano generalmente introducen grupos con funciones retardantes de llama en la estructura molecular del poliuretano a través de la reacción de injerto, para mejorar el efecto retardante de llama y la estabilidad térmica de los materiales de poliuretano en ambientes de alta temperatura.
En la modificación retardante de llama de los materiales de poliuretano, los retardantes de llama que contienen fósforo son los más utilizados, no solo tienen un buen efecto retardante de llama, sino que también tienen poca emisión de humo y protección ambiental. El principio es introducir fósforo en el poliuretano en forma de enlaces químicos como enlaces PO o PC. En la estructura del material, estos enlaces covalentes tienen una mayor energía de enlace y una mayor estabilidad.
Los materiales de poliuretano retardantes de llama reactivos que contienen nitrógeno generalmente introducen grupos de melamina en la estructura de poliuretano a través de enlaces covalentes. La melamina es un compuesto cristalino estable que contiene un 67 por ciento de átomos de nitrógeno. La temperatura alcanza los 350 grados. Sublima, absorbe mucha energía y reduce la temperatura ambiente. Y a temperaturas más altas, la melamina se descompone para producir nitrógeno y formar un condensado térmicamente estable.
Comparado con la introducción de un solo elemento ignífugo, el ignífugo reactivo con dos o más elementos ignífugos es mejor en términos de efecto ignífugo y estabilidad térmica.
