Selon la différence dans la méthode d'introduction, les retardateurs de flamme peuvent être divisés en retardateurs de flamme additifs et retardateurs de flamme réactifs. Les retardateurs de flamme additifs sont généralement incorporés dans les polymères de manière physique, ce qui est économique et pratique à utiliser, mais ils ont généralement une mauvaise compatibilité avec les polymères. Défauts dans les propriétés mécaniques des matériaux polymères.
Différent du principe des retardateurs de flamme additifs, les retardateurs de flamme réactifs peuvent former des copolymères avec des monomères ou effectuer une réaction de greffage sur des polymères, de sorte que les matériaux peuvent avoir une ignifugation durable. De plus, les retardateurs de flamme réactifs ont peu d'effet sur les propriétés mécaniques et mécaniques des matériaux polymères, et seule une petite quantité peut obtenir un meilleur effet retardateur de flamme, qui est un sujet brûlant dans la recherche actuelle sur les retardateurs de flamme. Cet article présente principalement le mécanisme ignifuge de base des retardateurs de flamme réactifs et le statut d'application de la résine époxy, du polyuréthane, du tissu de coton et du papier ignifuge.
Mécanisme ignifuge des retardateurs de flamme réactifs
Le processus de combustion des matériaux polymères est un processus complexe avec une réaction multiphase, qui s'accompagne de modifications physiques et chimiques. Les retardateurs de flamme réactifs présentent différents mécanismes ignifuges dans différents systèmes ignifuges, qui sont causés par les différences dans la composition des retardateurs de flamme eux-mêmes et les propriétés matérielles des différents polymères. Mais en général, le mécanisme ignifuge des retardateurs de flamme réactifs peut être divisé en deux catégories : le mécanisme en phase gazeuse et le mécanisme en phase condensée.
1. Mécanisme en phase gazeuse
Correspondant au processus de combustion, le mécanisme ignifuge en phase gazeuse des retardateurs de flamme réactifs comprend à la fois des effets physiques et des réactions chimiques, et plus est l'effet synergique des deux. L'effet physique se manifeste principalement en ce que le retardateur de flamme partiellement réactif peut absorber la chaleur dans l'environnement, se décomposer et libérer des gaz incombustibles tels que l'azote, l'ammoniac et le dioxyde de carbone, qui peuvent généralement diluer le gaz inflammable à la fissure du matériau polymère ou au centre de la flamme. Il réduit la concentration du gaz volatil en dessous de la limite de combustion, de manière à empêcher le matériau de continuer à brûler. Parfois, certains gaz ininflammables ont également pour effet de dissiper la chaleur, ce qui peut réduire la température du milieu environnant.
L'effet chimique se traduit principalement par le mécanisme de capture des radicaux libres. Par exemple, certains retardateurs de flamme à base de phosphore peuvent libérer des radicaux libres apparentés dans un environnement à haute température et réagir avec H. et OH qui contribuent à la combustion. Dans ce cas, la réaction en chaîne de la combustion peut être empêchée et la chaleur dégagée par la flamme peut être considérablement réduite.
2. Mécanisme de condensation
Le mécanisme ignifuge des retardateurs de flamme réactifs a divers modes d'action dans la phase condensée, et la formation de carbone est le mode le plus courant. Les retardateurs de flamme réactifs peuvent généralement augmenter considérablement la carbonisation des polymères, en particulier des polymères contenant de l'oxygène, tels que la résine époxy, la cellulose, etc.
La couche de carbone est généralement formée dans la zone limite de la phase gazeuse et de la phase condensée, et a un bon effet protecteur. Il peut être considéré comme une barrière protectrice pour empêcher la transmission d'oxygène et la transmission de chaleur dans l'air, et obtenir l'effet d'inhibition de la génération de gaz inflammables. Prenant l'application de retardateurs de flamme sur les tissus de coton comme exemple, il modifie le processus de réaction de craquage thermique de la chaîne macromoléculaire de la fibre dans la phase condensée, et favorise la déshydratation, la réticulation et d'autres réactions, et forme progressivement une couche de carbone. La quantité de résidus de carbone a augmenté et la quantité de gaz combustible a diminué au cours du processus.
charbon en phase condensée ignifuge
Les retardateurs de flamme réactifs peuvent non seulement augmenter le résidu de carbone, mais également favoriser l'anti-oxydation du carbone et empêcher le carbone d'être complètement oxydé en dioxyde de carbone, réduisant ainsi la chaleur dégagée par l'oxydation. En plus de la formation de charbon, le mode d'action des retardateurs de flamme réactifs dans la phase condensée comprend également l'inhibition des radicaux libres, le mécanisme d'influence de la viscosité du polymère fondu et l'effet du revêtement de surface.
Diagramme schématique de l'ignifugation telle que l'inhibition des radicaux libres et la formation de charbon
Habituellement, la fonction principale des retardateurs de flamme réactifs dans les matériaux ignifuges est de générer un gaz incombustible lorsque le polymère est brûlé, de diluer la concentration du gaz combustible, de réduire efficacement l'effet thermique du matériau pendant la combustion et la décomposition et d'augmenter l'effet de carbonisation. . quantité, entravant le transfert d'oxygène et de chaleur. De plus, après que certains matériaux polymères ont été traités avec des retardateurs de flamme réactifs, la température d'inflammation est considérablement augmentée et l'effet de retardateur de flamme est également obtenu.
Son application en polyuréthane
Le polyuréthane (PU) est un polymère composé d'unités organiques liées par de l'uréthane et possède de nombreuses propriétés excellentes telles qu'une bonne résistance au bruit, une isolation thermique et une résistance à l'usure. Sans traitement ignifuge, l'indice limite d'oxygène (LOI) du matériau polyuréthane est d'environ 18 %, ce qui est facile à brûler et libère beaucoup de chaleur et de gaz toxiques nocifs pour le corps humain. À l'heure actuelle, les retardateurs de flamme réactifs au polyuréthane introduisent généralement des groupes avec des fonctions ignifuges dans la structure moléculaire du polyuréthane par réaction de greffage, de manière à améliorer l'effet ignifuge et la stabilité thermique des matériaux en polyuréthane dans des environnements à haute température.
Dans la modification ignifuge des matériaux en polyuréthane, les retardateurs de flamme contenant du phosphore sont les plus utilisés, non seulement ont un bon effet ignifuge, mais ont également une faible fumée et une protection de l'environnement. Le principe est d'introduire du phosphore dans le polyuréthane sous forme de liaisons chimiques telles que des liaisons PO ou PC. Dans la structure du matériau, ces liaisons covalentes ont une plus grande énergie de liaison et une plus grande stabilité.
Les matériaux polyuréthanes ignifuges réactifs contenant de l'azote introduisent généralement des groupes mélamine dans la structure du polyuréthane par des liaisons covalentes. La mélamine est un composé cristallin stable contenant 67 % d'atomes d'azote. La température atteint 350 degrés. Il sublime, absorbe beaucoup d'énergie et réduit la température ambiante. Et à des températures plus élevées, la mélamine se décompose pour produire de l'azote et former un condensat thermiquement stable.
Par rapport à l'introduction d'un seul élément ignifuge, le retardateur de flamme réactif avec deux éléments ignifuges ou plus est meilleur en termes d'effet ignifuge et de stabilité thermique.
