Cơ chế chống cháy Phụ_gia_chống_cháy_cho_nhựa

Sự cháy của polymer

Polymer cháy được là do sự có mặt của các thành phần: nhiệt, nhiên liệu và ô xi. Nhiệt làm xuất hiện các khí dễ cháy (nhiên liệu) trên bề mặt polymer thông qua việc giảm cấp của polymer. Khi tỉ lệ ở pha khí giữa oxigen và các khí này đạt tới giá trị thích hợp, polymer sẽ bắt cháy.
Biểu đồ sự cháy của polymer có thể được mô tả thông qua vòng tròn delta enthalpy, trong đó ∆ H1 là nhiệt tỏa ra khi có sự tham gia của oxigen, ∆H2 là nhiệt phản hồi – tác nhân chính duy trì sự cháy của polymer.

Tập tin:Chu trinh chay.jpgSự cháy của polymer


Chống cháy cho polymer chính là việc can thiệp vào một hoặc vài giai đoạn của quá trình cháy như là: nhiệt, giảm cấp, bắt cháy, sự lan rộng của đám cháy, bốc khói,…
Do đó: Chất chống cháy phải có nhiệm vụ là ngăn cản và dập tắt quá trình cháy. Chúng có thể hoạt động hóa học hoặc vật lý trong pha khí (gas phase) hoặc pha rắn (condensed phase) thông qua các phản ứng hóa học phức tạp nhằm chấm dứt việc duy trì sự cháy.

Các cơ chế chống cháy

Tạo lớp bảo vệ trên bề mặt pha rắn (intumescence layer)

Cơ chế này liên quan tới việc hình thành một lớp bảo vệ bằng Carbon hay còn gọi là tạo lớp phấn trên bề mặt polymer. Lớp bảo vệ này có 2 tác dụng: ngăn cản sự tiếp xúc của oxi với bề mặt polymer; tạo thành một lớp cách nhiệt.
Lớp bảo vệ này được tạo thành từ 3 thành phần cơ bản:

  • Xúc tác
  • Tác nhân tạo phấn (charring agent)
  • Tác nhân tạo xốp (blowing agent)
    'Bảng: 3 thành phần cơ bản tạo nên lớp intumescence layer'
Catalyst

(Acid source)

Charring agentsBlowing agents

(Spumific)

Ammonium salts Phosphates, polyphosphatesPolyhydric compoundsAmines/amides


Sulfates
Halides		Starch
Dextrin
Sorbitol
Pentaerythritol, monomer, dimer, trimer
Phenol-formaldehyde resins
Methylol melamine		Urea
Urea-formaldehyde
resins
Dicyandiamide
Melamine
Polyamides
Phosphates of amine or amideOthers Charring
Products of reaction of urea or Guanidyl urea with phosphoric acids
Melamine phosphate
Product of reaction of ammonia with P2O5		Polymers (PUR, PA, …)
Organophosphorus compounds
Tricresyl phosphate
Alkyl phosphates
Haloalkyl phosphates

Dập tắt gốc tự do hoạt động trên pha khí

Những polymer có gốc styrene khi gặp nhiệt sẽ nóng chảy, đề polymer hóa tạo ra những monomer, dimer, và trimer dễ bay hơi. Những polymer dạng này đòi hỏi phải có chất chống cháy hoạt động trên pha khí mạnh hơn là trên pha rắn.
Chất chống cháy hoạt động trên pha khí sẽ ngăn cản các hoạt động hóa học tạo ra sự cháy. Cụ thể, trong quá trình cháy, các phần polymer tương tác với oxi và các chất nhạy phản ứng tạo ra các gốc tự do của Oxi, hydroxy, và Hydro. Những phụ gia có chứa halogen và photpho có thể tác dụng với các gốc tự do này để tạo ra các chất ít hoạt động góp phần ngăn cản sự cháy.
Một số phản ứng tạo ra gốc tự do:
H* + O2 <--> O* + HO*
O* + H2 <--> H* + OH*
HO* + CO <--> CO2 + H*

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Phụ gia chống cháy cho nhựa.