Z zaostrovanjem svetovnih okoljskih predpisov in poglabljanjem konceptov trajnostnega razvoja,zaviralci gorenja brez halogenovso postali glavna izbira za ognjevarno modifikacijo polimernih materialov. V primerjavi s tradicionalnimi halogeniranimi zaviralci gorenja sistemi brez halogenov med zgorevanjem proizvajajo manj dima in jedkih plinov ter ne proizvajajo strupenih dioksinom podobnih snovi. Vendar imajo različni zaviralci gorenja brez halogenov, kot so na osnovi fosforja, dušika, kovinski hidroksidi in ekspanzijski tipi, različne lastnosti na trgu. Kako znanstveno izbrati na podlagi materialnih sistemov in scenarijev uporabe, je postalo ključno vprašanje, s katerim se soočajo tehniki. Ta članek bo analiziral logiko izbire zaviralcev gorenja brez halogenov iz več dimenzij.
Zaviralci gorenja brez halogenov v glavnem delujejo na dva načina: zaviralci gorenja v plinski fazi se razgradijo, da nastanejo negorljivi plini (kot sta dušik in vodna para), ki razredčijo kisik in vnetljive pline; Zaviralec gorenja kondenzirane faze tvori ogljikov sloj na površini materiala, ki izolira prenos toplote in kisika. Zaviralci gorenja na osnovi fosforja (kot so fosfatni estri in amonijev polifosfat) večinoma delujejo v kondenzirani fazi, medtem ko zaviralci gorenja na osnovi dušika (kot so melamin in njegovi derivati) bolj delujejo v plinski fazi. Razumevanje te temeljne razlike je prvi korak pri izbiri.
En sam zaviralec gorenja pogosto ne doseže želenega učinka. Sinergistični sistem fosforjev dušik je najbolj klasična kombinacija, v kateri se amonijev polifosfat (vir kisline) uporablja v kombinaciji z melaminom (vir plina), da se tvori gosta ekspandirana ogljikova plast, ki znatno izboljša učinkovitost zaviranja gorenja. Kovinski hidroksidi (aluminijev hidroksid, magnezijev hidroksid) zahtevajo veliko količino dodatka (običajno 50-60 %), če pa jih kombiniramo z majhno količino sinergistov, kot sta organosilicij in cinkov borat, lahko dodano količino zmanjšamo in mehanske lastnosti izboljšamo.
Polarni polimeri (kot sta PA in PBT) imajo dobro združljivost s polarnimi zaviralci gorenja (kot je na osnovi fosforja) in jih je mogoče kombinirati s kemičnimi ali vodikovimi vezmi z enakomerno disperzijo in minimalnim vplivom na mehanske lastnosti. Nepolarni poliolefini (PP, PE) so bolj primerni za uporabo površinsko modificiranih kovinskih hidroksidov ali mikroinkapsuliranih zaviralcev gorenja za izboljšanje medfazne vezi.
Toplotna stabilnost je ključni tehnični indikator.Aluminijev hidroksidzačne razpadati nad 200 ℃, zato ni primeren za predelavo inženirske plastike s temperaturami nad 200 ℃. Za materiale, kot sta PBT in PA6 s temperaturami obdelave med 240–280 ℃, je treba izbrati zaviralce gorenja na osnovi fosforja z visoko toplotno stabilnostjo (kot so hipofosfati) ali površinsko prevlečen magnezijev hidroksid.
Prozorni izdelki (kot so PC, PMMA) morajo izbrati zaviralce gorenja z ustreznim lomnim količnikom. Organski silikonski zaviralci gorenja imajo relativno majhen vpliv na preglednost, medtem ko lahko kovinski hidroksidi povzročijo močno atomizacijo. Nadzor velikosti delcev je ključnega pomena, submikronske disperzije, ki zavirajo gorenje, pa lahko zmanjšajo sipanje svetlobe v največji možni meri.
Mejni kisikov indeks (LOI) in konusni kalorimetrični test sta glavni metodi ocenjevanja. Višja kot je vrednost LOI, težje je material goreti na zraku (na splošno >28 % velja za zaviralca gorenja). Stožčasti kalorimeter lahko pridobi kinetične parametre, kot sta najvišja stopnja sproščanja toplote (pHRR) in skupna stopnja sproščanja toplote (THR), ki znanstveno odražajo delovanje v resničnih scenarijih požara.
Dodajanje zaviralcev gorenja neizogibno vpliva na mehanske lastnosti. Tehnike površinske modifikacije, kot so silanska sredstva za spajanje in obdelava z estri titanove kisline, lahko izboljšajo medfazno vez; Optimizacija velikosti delcev (1–5 μm je optimalna) in nadzor morfologije (magnezijev hidroksid v obliki plošč je boljši od kubičnega) lahko zmanjša koncentracijske točke napetosti. Predlagajte uporabo eksperimentalnih načrtov, kot je metoda Taguchi, za optimizacijo razmerja zaviralcev gorenja, sredstev za utrjevanje in maziv.
Stopnja zadrževanja gorenja po mokrem toplotnem staranju (85 ℃/85 % RH) in UV-staranju je ključ do praktične uporabe. Nekateri fosfatni estri zaviralci gorenja predstavljajo tveganje hidrolize in zahtevajo mikroinkapsulacijo ali modifikacijo molekularne strukture (uvedba aromatičnih obročev) za povečanje vzdržljivosti.
Slojeviti dvojni hidroksidi (LDH), montmorilonit in drugi nanomateriali lahko znatno zmanjšajo stopnjo sproščanja toplote, če so dodani v količini 3-5 %, in imajo majhen vpliv na mehanske lastnosti, vendar je treba rešiti problem disperzije. Ogljikove nanocevke/grafen lahko tvorijo tridimenzionalno mrežno ogljikovo plast, kar je nova smer za učinkovito dušenje dima in zaviranje gorenja.
Zaviralci gorenja, pridobljeni iz biomase, kot so fitinska kislina, škrob in lignin, postopoma postajajo praktični. Ti materiali imajo visoko vsebnost ogljika, dobre karbonizacijske lastnosti in so v skladu s konceptom krožnega gospodarstva. Čeprav je treba učinkovitost še izboljšati, so se začeli uporabljati na področjih z izjemno visokimi okoljskimi zahtevami.
Z razvojem tehnologije simulacije materialov (molekularna dinamika, napovedovanje strojnega učenja) se izbira zaviralcev gorenja premika od empiričnih poskusov in napak k racionalnemu načrtovanju. V prihodnosti bodo inteligentni sistemi za zaviranje gorenja, ki združujejo visoko učinkovitost, nizko strupenost in več funkcij (zatiranje dima, preprečevanje kapljanja in izboljšanje), postali osredotočeni na raziskave in razvoj, globoko razumevanje interakcije med materiali, zaviralci gorenja in procesi pa bo vedno tehnološki temelj za sprejemanje najboljših odločitev.
