Menurut perbedaan dalam metode pengenalan, penghambat api dapat dibagi menjadi penghambat api aditif dan penghambat api reaktif. Penghambat api aditif biasanya dimasukkan ke dalam polimer dengan cara fisik, yang ekonomis dan nyaman digunakan, tetapi mereka umumnya memiliki kompatibilitas yang buruk dengan polimer. Cacat pada sifat mekanik bahan polimer.
Berbeda dari prinsip retardants api aditif, retardants api reaktif dapat membentuk kopolimer dengan monomer atau melakukan reaksi graft pada polimer, sehingga bahan dapat memiliki tahan api yang tahan lama. Selain itu, penghambat api reaktif memiliki sedikit efek pada sifat mekanik dan mekanik bahan polimer, dan hanya sejumlah kecil yang dapat mencapai efek tahan api yang lebih baik, yang merupakan topik hangat dalam penelitian tahan api saat ini. Makalah ini terutama memperkenalkan mekanisme tahan api dasar retardant reaktif flame retardants dan status aplikasi resin epoksi, poliuretan, kain katun dan kertas tahan api.
Mekanisme Tahan Api dari Flame Retardants Reaktif
Proses pembakaran bahan polimer adalah proses kompleks dengan reaksi multifase, yang disertai dengan perubahan fisik dan kimia. Penghambat api reaktif menunjukkan mekanisme tahan api yang berbeda dalam sistem tahan api yang berbeda, yang disebabkan oleh perbedaan komposisi penghambat api itu sendiri dan sifat material polimer yang berbeda. Tetapi secara umum, mekanisme tahan api dari penghambat api reaktif dapat dibagi menjadi dua kategori: mekanisme fase gas dan mekanisme fase terkondensasi.
1. Mekanisme fase gas
Sesuai dengan proses pembakaran, mekanisme tahan api fase gas dari penghambat api reaktif mencakup efek fisik dan reaksi kimia, dan lebih banyak lagi adalah efek sinergis dari keduanya. Efek fisik terutama dimanifestasikan dalam bahwa penghambat api yang sebagian reaktif dapat menyerap panas di lingkungan, menguraikan dan melepaskan gas yang tidak dapat digabungkan seperti nitrogen, amonia dan karbon dioksida, yang biasanya dapat mencairkan gas yang mudah terbakar di celah bahan polimer atau di tengah nyala api. Ini mengurangi konsentrasi gas yang mudah menguap hingga di bawah batas pembakaran, sehingga mencegah material terus terbakar. Terkadang beberapa gas yang tidak mudah terbakar juga memiliki efek disipasi panas, yang dapat mengurangi suhu lingkungan sekitarnya.
Efek kimia terutama tercermin dalam mekanisme penangkapan radikal bebas. Sebagai contoh, beberapa penghambat api berbasis fosfor dapat melepaskan radikal bebas terkait dalam lingkungan suhu tinggi dan bereaksi dengan H. dan O H. yang berkontribusi terhadap pembakaran. Dalam hal ini, reaksi berantai pembakaran dapat dicegah, dan panas yang dilepaskan oleh nyala api dapat sangat berkurang.
2. Mekanisme kondensasi
Mekanisme tahan api dari penghambat api reaktif memiliki berbagai mode aksi dalam fase terkondensasi, dan pembentukan karbon adalah mode yang paling umum. Penghambat api reaktif umumnya dapat sangat meningkatkan pembentukan polimer, terutama polimer yang mengandung oksigen, seperti resin epoksi, selulosa, dll.
Lapisan karbon umumnya terbentuk di area batas fase gas dan fase terkondensasi, dan memiliki efek perlindungan yang baik. Hal ini dapat dianggap sebagai penghalang pelindung untuk mencegah transmisi oksigen dan transmisi panas di udara, dan mencapai efek menghambat generasi gas yang mudah terbakar. Mengambil aplikasi flame retardants pada kain katun sebagai contoh, itu mengubah proses reaksi retak termal dari rantai makromolekul serat dalam fase kental, dan mempromosikan dehidrasi, cross-linking dan reaksi lainnya, dan secara bertahap membentuk lapisan karbon. Jumlah residu karbon meningkat dan jumlah gas yang mudah terbakar menurun dalam prosesnya.
fase kental arang tahan api
Penghambat api reaktif tidak hanya dapat meningkatkan residu karbon, tetapi juga mempromosikan anti-oksidasi karbon dan mencegah karbon dari yang benar-benar teroksidasi menjadi karbon dioksida, sehingga mengurangi panas yang dilepaskan oleh oksidasi. Selain pembentukan char, mode aksi penghambat api reaktif dalam fase kental juga mencakup penghambatan radikal bebas, mekanisme pengaruh viskositas polimer cair, dan efek lapisan permukaan.
Diagram skematik keterbelakangan api seperti penghambatan radikal bebas dan pembentukan char
Biasanya, fungsi utama penghambat api reaktif dalam bahan tahan api adalah untuk menghasilkan gas yang tidak dapat dikombinasi ketika polimer dibakar, mencairkan konsentrasi gas yang mudah terbakar, secara efektif mengurangi efek termal material selama pembakaran dan dekomposisi, dan meningkatkan efek karbonisasi. jumlah, menghambat transfer oksigen dan panas. Selain itu, setelah beberapa bahan polimer diperlakukan dengan penghambat api reaktif, suhu pengapian sangat meningkat, dan efek penghambat api juga tercapai.
Aplikasinya di Polyurethane
Polyurethane (PU) adalah polimer yang terdiri dari unit organik yang dihubungkan oleh uretan, dan memiliki banyak sifat yang sangat baik seperti ketahanan kebisingan yang baik, isolasi panas dan ketahanan aus. Tanpa pengobatan tahan api, indeks oksigen pembatas (LOI) bahan poliuretan adalah sekitar 18%, yang mudah terbakar dan melepaskan banyak panas dan gas beracun yang berbahaya bagi tubuh manusia. Saat ini, retardants api reaktif poliuretan umumnya memperkenalkan kelompok dengan fungsi tahan api ke dalam struktur molekul poliuretan melalui reaksi okulasi, sehingga dapat meningkatkan efek tahan api dan stabilitas termal bahan poliuretan di lingkungan suhu tinggi.
Dalam modifikasi tahan api dari bahan poliuretan, penghambat api yang mengandung fosfor paling banyak digunakan, tidak hanya memiliki efek tahan api yang baik tetapi juga memiliki asap rendah dan perlindungan lingkungan. Prinsipnya adalah untuk memperkenalkan fosfor ke dalam poliuretan dalam bentuk ikatan kimia seperti ikatan P-O atau P-C. Dalam struktur material, ikatan kovalen ini memiliki energi ikatan yang lebih besar dan stabilitas yang lebih kuat.
Bahan poliuretan tahan api reaktif yang mengandung nitrogen umumnya memperkenalkan kelompok melamin ke dalam struktur poliuretan melalui ikatan kovalen. Melamin adalah senyawa kristal stabil yang mengandung 67% atom nitrogen. Suhu mencapai 350 °C. Ini sublimates, menyerap banyak energi, dan mengurangi suhu sekitar. Dan pada suhu yang lebih tinggi, melamin terurai untuk menghasilkan nitrogen dan membentuk kondensat yang stabil secara termal.
Dibandingkan dengan pengenalan elemen tahan api tunggal, penghambat api reaktif dengan dua atau lebih elemen tahan api lebih baik dalam hal efek tahan api dan stabilitas termal.
