Механизм реакции пяти часто используемых антипиренов

Механизм реакции пяти часто используемых антипиренов

Антипирены — это функциональные добавки, придающие огнестойкость горючим полимерам. Они в основном предназначены для огнезащиты полимерных материалов и выполняют свою огнезащитную роль посредством ряда механизмов, таких как поглощение тепла, покрытие, ингибирование цепной реакции и удушье негорючего газа. Большая часть огнезащитного состава достигается за счет взаимодействия ряда механизмов для достижения огнезащитной цели.

Роль огнезащитного средства

1. Поглощение тепла

При любом горении за относительно короткий период времени выделяемое тепло ограничено, если источник огня может поглотить за относительно короткий период времени часть выделяемого тепла, то температура пламени будет снижена, излучение на поверхность горения и Роль горючих молекул, которые испаряются и расщепляются на свободные радикалы, уменьшит количество тепла, реакция горения будет в определенной степени подавлена.

В условиях высоких температур антипирен вступает в сильную теплопоглощающую реакцию, поглощает часть тепла, выделяемого при горении, снижает температуру поверхности горючего материала, эффективно подавляет образование горючих газов, препятствует распространению горения. .Огнезащитный механизм антипирена Al(OH)3 заключается в улучшении огнезащитных характеристик за счет увеличения теплоемкости полимера, так что он поглощает больше тепла до достижения температуры термического разложения. Этот вид антипирена в полной мере раскрывает свое свойство поглощать большое количество тепла при соединении с водяным паром, чтобы улучшить его собственную огнезащитную способность.

2. Покрывающий эффект

После добавления антипиренов в горючие материалы антипирены могут образовывать стеклянный или стабильный пенопластовый покровный слой при высокой температуре для изоляции кислорода, который выполняет функцию теплоизоляции, изоляции кислорода и предотвращения выхода горючих газов наружу, поэтому для достижения цели огнестойкости. Такие фосфорорганические антипирены могут создавать более стабильную структуру при нагревании сшитого твердого материала или карбонизированного слоя. Образование карбонизированного слоя, с одной стороны, может препятствовать дальнейшему пиролизу полимеров, с другой стороны, может предотвратить его внутреннее термическое разложение продуктов в газовую фазу для участия в процессе горения.

3. Торможение цепной реакции.

Согласно теории цепной реакции горения, для поддержания горения необходимы свободные радикалы. Антипирены могут действовать в зоне газофазного горения, захватывая свободные радикалы в реакции горения, предотвращая тем самым распространение пламени, в результате чего плотность пламени в зоне горения уменьшается, и в конечном итоге скорость реакции горения снижается до момента прекращения горения. . Такие как галогенсодержащие антипирены, их температура испарения и температура разложения полимера одинаковы или аналогичны, при термическом разложении полимера антипирен также улетучивается одновременно. В это время галогенсодержащие антипирены и продукты термического разложения одновременно в зоне газофазного горения смогут захватывать свободные радикалы в реакции горения, мешая цепной реакции горения.

4. Удушающее действие негорючего газа.

При нагревании антипирен разлагает негорючий газ, что разбавляет концентрацию горючих газов от разложения горючих материалов до уровня ниже нижнего предела горения. В то же время он также снижает концентрацию кислорода в зоне горения, предотвращая продолжение горения и обеспечивая огнезащитный эффект.

Подавляющее большинство полимеров состоят из таких элементов, как углерод и водород, которые легко воспламеняются, и в процессе горения происходит сложная цепная реакция свободных радикалов, которая высвобождает большое количество тепловой энергии, нанося прямой ущерб, а также быстро увеличить огонь.

5 распространенных огнезащитных средств, огнезащитный механизм

1. Неорганический антипирен

Огнезащитный эффект неорганического антипирена заключается в основном в использовании теплоаккумулирования и теплопроводности наполнителя с большим удельным объемом, так что материалу нелегко достичь температуры разложения или за счет термического разложения огнезащитного теплопоглощения, поэтому как облегчить или прекратить процесс нагревания основного материала. Огнезащитный механизм заключается в выделении кристаллической воды при нагревании, испарении, разложении и выделении водяного пара. Этот реакционный процесс должен поглощать большое количество тепловой энергии сгорания, что значительно снижает температуру поверхности материала, так что вероятность термического разложения и сгорания полимерных материалов значительно снижается.

2. Галогенированные антипирены

Галогенированные антипирены в настоящее время являются крупнейшим в мире производством органических антипиренов, применение более галогенированных антипиренов - бромсодержащие и хлорсодержащие антипирены. Большинство галогенированных антипиренов являются органическими, а основной полимерный материал имеет хорошую совместимость, поскольку в качестве огнезащитной добавки галогенированные антипирены не оказывают существенного влияния на физико-химические свойства самого полимерного материала, кроме того, галогенированные антипирены могут быть Удовлетворяется тем, что количество их добавок очень мало, но зато можно добиться превосходного огнезащитного эффекта. Галогенированные антипирены, содержащие бром, включают алифатические, алициклические, ароматические и другие бромированные соединения, такие как декабромдифениловый эфир, декабромдифенилэтан и тетрабромбисфенол А. Хлорированные антипирены представляют собой в основном хлорированные парафины. Механизм огнезащитного действия брома и хлора аналогичен: при высокой температуре связь углерод-галоген в галогенном антипирене может разрываться, высвобождая галогенные радикалы и эффективно захватывая свободные активные радикалы, образующиеся в результате разложения полимерных материалов под воздействием тепла. который может эффективно снизить концентрацию свободных радикалов, тем самым облегчая или прекращая свободнорадикальную цепную реакцию горения. Кроме того, галогеноводород, выделяющийся в результате разложения галогенированных антипиренов, обладает свойством нелегкого горения, эффективно блокируя кислород и одновременно ингибируя реакцию горения. Однако при горении добавленного галогенированного огнезащитного полимерного материала образуется большое количество галогеноводородного газа, этот вид газа является токсичным и коррозионным, но также очень легко адсорбирует влагу в воздухе, образуя сильную коррозионную галогеноводородную кислоту, что сопровождается из-за большого количества дыма этот дым, токсичные газы и едкие газы будут опасны для здоровья человека, но также тушение пожаров, эвакуационные и восстановительные работы создали большие препятствия.

3. Обработанный антипирен Al(OH)3.

Гидроксид алюминия, также известный как тригидрат оксида алюминия (ATH), с молекулярной формулой Al(OH)3, является одним из первых неорганических антипиренов, который может оказывать синергетическое действие с различными веществами, нетоксичен и нетоксичен. -коррозийный. В настоящее время использование антипирена на основе гидроксида алюминия составляет более 80% от общего количества неорганических антипиренов и широко используется в различных изделиях из полимерных пластиков. Добавление гидроксида алюминия в полимерные материалы снижает концентрацию горючих полимеров. Когда полимерный материал нагревается (около 250 ℃), гидроксид алюминия подвергается реакции дегидратации и поглощает большое количество тепловой энергии, эффективно препятствуя нагреву полимерного материала. В то же время водяной пар, образующийся при разложении, может разбавить концентрацию горючего газа и кислорода, образующуюся при горении, что препятствует непрерывному распространению горения. В то же время разложение другого оксида металла, образующегося оксидом алюминия (Al2O3), благодаря высокой каталитической активности может катализировать реакцию термической сшивки полимера, образуя при этом на поверхности полимера слой плотной карбонизированной пленки, которая может эффективно замедляет горение теплопередачи, тем самым играя роль антипирена. Оксид алюминия также может адсорбировать частицы и ингибировать образование сажи. В целом, чем выше содержание добавленного гидроксида алюминия, тем лучше огнезащитный эффект, но слишком большое количество наполнителя значительно снижает прочность полимерного материала и другие свойства. Гидроксид алюминия также имеет еще один недостаток: температура разложения низкая, в диапазоне 245 ~ 320 ℃ может произойти реакция дегидратации, поэтому добавление огнестойкого гидроксида алюминия также ограничивает температуру обработки полимерных материалов.

4. Фосфорный антипирен

По природе и составу фосфорсодержащие антипирены можно разделить на неорганические фосфорсодержащие антипирены и фосфорорганические антипирены. Неорганические фосфорные антипирены включают красный фосфор, фосфат аммония и полифосфат аммония и т. д. Органические фосфорные антипирены включают сложные эфиры фосфорной кислоты, фосфит и так далее. Фосфорные антипирены также являются разновидностью высокоэффективных, стабильных и широко используемых антипиренов, и их огнезащитный механизм заключается в основном в формировании изолирующей пленки для достижения огнезащитного эффекта.

Как типичный неорганический фосфорный антипирен, красный фосфор имеет уникальный и сложный процесс реакции. При нагревании красного фосфора сначала происходит серия реакций термического разложения. На стадии более низких температур красный фосфор начинает медленно трансформироваться, он постепенно разлагается с образованием фосфорной кислоты (H₃PO₄), процесс разрыва химических связей и реорганизации выделяет определенное количество тепла, но в то же время образующаяся фосфорная кислота на поверхности материала играет ключевую роль.

Фосфорная кислота далее дегидратируется под воздействием высокой температуры и превращается в ряд конденсированных фосфатных продуктов, таких как пирофосфорная кислота (H₄P₂O₇) и метафосфорная кислота (HPO₃). Эти конденсированные фосфорные кислоты обладают высокой гигроскопичностью и быстро образуют на поверхности горючих веществ стекловидную жидкую пленку, богатую фосфором и кислородом, так называемую барьерную пленку. Существование этого слоя изолирующей пленки важно, с одной стороны, он может изолировать кислород, так что зона горения подачи кислорода отсекается или значительно уменьшается, поскольку кислород необходим для поддержания горения элементов, из-за отсутствия достаточного поступления кислорода реакцию горения будет трудно продолжать осуществлять, пожар также будет подавлен.

С другой стороны, эта пленка также предотвращает диффузию легковоспламеняющихся летучих веществ в зону пламени. В процессе горения горючие летучие компоненты, образующиеся при разложении материала, могут продолжать попадать в область пламени, так как пламя добавляет постоянный поток «топлива», а стеклообразная жидкая мембрана является барьером. , эффективно блокируя эти летучие компоненты в мембране, не позволяя им в дальнейшем поддерживать реакцию горения.

Кроме того, красный фосфор в процессе разложения образует некоторые фосфорсодержащие реакционноспособные промежуточные соединения, способные улавливать свободные радикалы, такие как PO・, HPO・ и другие свободные радикалы. В цепной реакции горения свободные радикалы играют ключевую роль в передаче и поддержании реакции горения, и эти фосфорсодержащие реакционноспособные промежуточные соединения могут быстро реагировать с высокореактивными свободными радикалами (например, гидроксильными радикалами, H, OH и т. д.). образующиеся в процессе горения и превращают их в относительно устойчивые соединения, прерывая тем самым цепную реакцию горения и принципиально препятствуя непрерывному развитию горения.

Кроме того, продукты разложения, такие как фосфорная кислота, образующаяся красным фосфором в зоне горения, также могут катализировать реакцию карбонизации на поверхности материала, что приводит к быстрому образованию относительно плотного углеродного слоя на поверхности материала. Этот слой древесного угля также является отличным теплоизоляционным слоем, который может блокировать дальнейшую передачу тепла внутрь материала, замедляя скорость достижения внутренним материалом точки воспламенения, а также усиливает физический барьерный эффект Вся система материалов и дополнительно улучшает огнезащитный эффект вместе с изоляционной пленкой, благодаря чему красный фосфор демонстрирует превосходные огнезащитные свойства и играет важную роль во многих областях, требующих огнезащиты и антипиреновой защиты.

5. Кремний огнезащитный

Силиконовые антипирены включают неорганический кремний и силикон, из которых неорганический кремний в основном включает диоксид кремния, силикагель, силикат и тальк и т.д., которые обычно используются в качестве наполнителей; силиконовый антипирен - это новый тип безгалогенного антипирена, а также средство для подавления дыма на основе древесного угля, в основном относится к силиконовым смолам, полисилоксанам (силиконовое масло, силиконовые смолы, силиконовый каучук и различные силиконовые сополимеры и т. д.), полисиланам, и т. д., которые наиболее быстро развиваются. Наиболее бурное развитие имеет полисилоксан. Механизм огнезащиты в основном отражается в механизме огнезащиты в конденсированной фазе, то есть за счет образования растрескивающегося углеродного слоя и улучшения антиоксидантных свойств углеродного слоя для достижения его огнезащитного эффекта. После добавления кремнийорганических антипиренов к полимерным материалам большая часть кремнийорганических антипиренов мигрирует на поверхность материала и вступает в реакцию при высокой температуре с образованием углеродсодержащего силикатного слоя на поверхности полимера, что оказывает эффект замедления или предотвращения выхода горючих газов и образования свободных радикалов. В то же время антипирен также будет способствовать карбонизации полимера, тем самым снижая скорость разложения полимера, поэтому его термическое разложение затрудняется при высоких температурах. С другой стороны, антипирены на основе силикона также подвергаются термическому разложению при воздействии тепла, и этот процесс требует поглощения большого количества тепла, что может привести к замедлению или прекращению нагрева огнезащитных материалов.

После обсуждения механизма реакции пяти широко используемых антипиренов мы можем обратить особое внимание на огнезащитные продукты с красным фосфором, продвигаемые компанией YINSU Flame Retardant Company, которая специализируется на предоставлении высокоэффективных и экологически чистых огнезащитных решений, а также на основной красный фосфор. Продукты, продвигаемые компанией YINSU Flame Retardant, включают:

Огнезащитная маточная смесь с красным фосфором с покрытием ФРП-950 ряд: Это своего рода микрокапсулы, покрытые красным фосфором в качестве основного материала антипирена, представленные в виде беспыльных гранул, что повышает безопасность хранения, транспортировки и использования. Огнезащитный состав серии FRP-950 имеет характеристики низкого количество добавок, хорошие характеристики защиты от разделения, лучшие механические свойства и т. д., и он подходит для различных систем инженерных пластиков, таких как PA6/PA66, Сплавы PE, PBT, PPO/HIPS и т. д. ФРП-8050: Это продукт, разработанный компанией YINSU Flame Retardant Company для обеспечения огнестойкости малодымных и безгалогенных проводов и кабелей. Он имеет очень маленький размер частиц, а количество добавок составляет 10-12%, что может обеспечить превосходный огнезащитный эффект.. Огнезащитный состав с красным фосфором ФРП-750 Ряд: Это высококонцентрированная огнестойкая маточная смесь, содержащая стабилизированный красный фосфор и новый материал-носитель совместимости, который поставляется в форме гранул. Служба поддержки клиентов устранила опасный характер порошка красного фосфора и сделала транспортировку и использование более безопасными и надежными.ФРП-750А Продукты серии обладают отличной защитой от воздействия окружающей среды, огнестойкостью и термостойкостью, а температура воспламенения достигает более 300 ℃. Серия огнезащитных продуктов с красным фосфором, таких как паста из красного фосфора. ПГ-50.

Продукция YINSU Flame Retardant отвечает рыночному спросу на безгалогенные антипирены благодаря своим экологически чистым, малодымным и малотоксичным свойствам, обеспечивая при этом превосходную огнестойкость, а также физико-механические свойства, что делает их идеальными для использования в широкий ассортимент смол, пластмасс, резин, покрытий и другой продукции. Посредством этой продукции компания YINSU Flame Retardant демонстрирует свой опыт и инновации в области огнезащитных средств.