Principio del ritardante di fiamma, i principali tipi di ritardante di fiamma
I ritardanti di fiamma sono utilizzati per migliorare la resistenza alla fiamma dei materiali molecolari aumentandone il punto di accensione o riducendone la velocità di combustione, aumentando così il tempo di salvataggio, salvando vite umane e riducendo le perdite. In base alla struttura, i ritardanti di fiamma possono essere suddivisi in ritardanti di fiamma di tipo polimerico macromolecolare e di tipo a piccole molecole; in base al metodo di utilizzo, possono essere suddivisi in ritardanti di fiamma additivi e ritardanti di fiamma reattivi; in base alla presenza o meno di alogeni nel materiale, possono essere suddivisi in ritardanti di fiamma alogeni e non alogeni. I ritardanti di fiamma additivi sono utilizzati soprattutto nei polimeri termoplastici, che non reagiscono chimicamente con altri componenti del materiale e sono presenti nel materiale polimerico solo in modo fisico; i ritardanti di fiamma reattivi sono utilizzati soprattutto nei polimeri termoindurenti, che partecipano alla reazione chimica dei polimeri sintetici e diventano l'unità strutturale dei polimeri.
In base ai tre elementi principali della combustione - materiale combustibile, materiale combustibile e fonte del fuoco, il principio dei ritardanti di fiamma può essere riassunto nei quattro seguenti.
In primo luogo, attraverso l'assorbimento di calore per ottenere un ritardante di fiamma. Ad esempio, la decomposizione dell'idrossido di alluminio ritardante di fiamma inorganico ad alte temperature, il rilascio di acqua cristallina, l'acqua cristallina evapora in vapore acqueo. Questo processo assorbe molto calore, riduce la temperatura della superficie del materiale e lo rende ritardante di fiamma.
In secondo luogo, generando gas non infiammabili diluisce l'ossigeno e rallenta il tasso di combustione. Ad esempio, l'idrossido di alluminio ritardante di fiamma produce vapore acqueo in grado di ridurre la concentrazione di ossigeno intorno al materiale e di inibire la diffusione del fuoco.
In terzo luogo, la formazione di uno strato di copertura denso sulla superficie del materiale, che isola il materiale dal contatto con l'ossigeno. Ad esempio, i ritardanti di fiamma al fosforo in condizioni di alta temperatura diventeranno una struttura più stabile di materiale solido reticolato o uno strato carbonizzato avvolto intorno al materiale per impedire la combustione continua.
Quarto, catturare i radicali liberi coinvolti nella reazione di combustione, inibire la reazione a catena dei radicali liberi. Ad esempio, i ritardanti di fiamma al bromo in condizioni di alta temperatura, i materiali polimerici per decomposizione termica, i ritardanti di fiamma al bromo e i prodotti di decomposizione termica allo stesso tempo nell'area di combustione in fase gassosa, catturano i radicali liberi nell'area di combustione in fase gassosa, inibiscono la reazione a catena dei radicali liberi, impedendo così la propagazione della fiamma.
In base alle categorie generali, i ritardanti di fiamma possono essere suddivisi in ritardanti di fiamma contenenti alogeni e ritardanti di fiamma non contenenti alogeni. La differenza principale tra i due è che il primo contiene alogeni, mentre il secondo non ne contiene. Tuttavia, l'assenza di alogeni non è assoluta, ma è definita in base alla quantità del loro contenuto. I ritardanti di fiamma alogenati si riferiscono principalmente ai ritardanti di fiamma bromurati e ai ritardanti di fiamma clorurati, di cui i ritardanti di fiamma bromurati sono i più utilizzati e diffusi. La maggior parte dei materiali ritardanti di fiamma contiene alogeni. I ritardanti di fiamma alogenati hanno le caratteristiche di bassa aggiunta, significativo effetto ritardante di fiamma e basso prezzo. Nell'aggiunta di ritardanti di fiamma, gli elementi alogeni hanno una buona compatibilità con i materiali polimerici e non influiscono sulle proprietà fisiche e chimiche dei materiali stessi. Allo stesso tempo, però, non possiamo ignorare i singoli ritardanti di fiamma bromurati. Come ad esempio l'esabromociclododecano, nel processo di combustione rilascia molto fumo e gas tossici, che causano difficoltà nella fuga e nel recupero.
I ritardanti di fiamma alogenati sono oggetto di numerose controversie; è necessario comprendere i seguenti fatti.
In primo luogo, i ritardanti di fiamma bromurati sono ancora ampiamente utilizzati in tutto il mondo e attualmente esistono ben 70 tipi di ritardanti di fiamma bromurati. L'elenco autorizzato e l'elenco dei candidati dell'UE e di molti Paesi contiene solo l'esabromociclododecano, che comprende 2-3 tipi di ritardanti di fiamma alogenati. La stragrande maggioranza dei ritardanti di fiamma bromurati è stata rigorosamente valutata per dimostrarne l'innocuità per l'uomo e l'ambiente e alcuni ritardanti di fiamma bromurati, come il tetrabromobisfenolo A, sono meno tossici del sale da cucina.
In secondo luogo, in condizioni operative corrette, il processo di utilizzo e riciclaggio dei ritardanti di fiamma bromurati non produrrà nuovi gas pericolosi verso l'esterno e la riciclabilità è migliore rispetto ad altri sistemi di ritardanti di fiamma. I ritardanti di fiamma al bromo hanno un'ampia gamma di applicazioni, quasi tutti i materiali devono essere ritardati alla fiamma.
I ritardanti di fiamma senza alogeni comprendono ritardanti di fiamma a base di fosforo, ritardanti di fiamma intumescenti, ritardanti di fiamma inorganici, ritardanti di fiamma contenenti silicio e ritardanti di fiamma a base biologica. Esistono molti tipi di ritardanti di fiamma privi di alogeni, ma devono affrontare un problema comune: è difficile ottenere un buon effetto ritardante di fiamma e vi è un impatto sulla meccanica del materiale e sulle proprietà di lavorazione. Pertanto, i ritardanti di fiamma alogenati e i ritardanti di fiamma non alogenati hanno i loro vantaggi e svantaggi; nella scelta dei ritardanti di fiamma si dovrebbe tenere conto della struttura del substrato da ritardare, dell'uso dell'ambiente e del riciclaggio, ecc. La maggior parte dei ritardanti di fiamma non alogeni contiene elementi di fosforo e azoto.
I. Ritardanti di fiamma al fosforo. I ritardanti di fiamma al fosforo si dividono in ritardanti di fiamma inorganici e ritardanti di fiamma organici; la modifica del ritardante di fiamma al fosforo e la composizione del ritardante di fiamma sono il fulcro del suo lavoro. I ritardanti di fiamma al fosforo agiscono principalmente nella fase iniziale di decomposizione del materiale nel fuoco, formando una pellicola protettiva, isolata dal calore e dall'aria esterni.
In secondo luogo, l'espansione dei ritardanti di fiamma. I ritardanti di fiamma intumescenti possono proteggere efficacemente il materiale esposto alle fiamme per lungo tempo.
In terzo luogo, i ritardanti di fiamma inorganici. I ritardanti di fiamma inorganici hanno una buona stabilità termica, sono ritardanti di fiamma, non volatili, non corrosivi, generano poco fumo, ecc. e sono le principali materie prime del sistema di ritardanti di fiamma a basso contenuto di alogeni.
Quarto, i ritardanti di fiamma contenenti silicio. I ritardanti di fiamma contenenti silicio, la cui struttura Si-O-Si è stabile, hanno le caratteristiche di bassa tossicità , antigoccia e favoriscono la formazione di carbonio e la soppressione del fumo durante la combustione.
V. Ritardanti di fiamma biobased. Sebbene i ritardanti di fiamma biobased siano solo nella fase iniziale della ricerca, sono gradualmente diventati un punto di attenzione e di ricerca grazie ai loro vantaggi di basso prezzo, non tossicità e ampia gamma di risorse.
Comprensione scientifica della protezione ambientale dei ritardanti di fiamma. Negli ultimi anni, i ritardanti di fiamma senza alogeni sono sempre più ricercati. Per molto tempo e ancora oggi, "i ritardanti di fiamma alogeni sono tossici e dannosi, i ritardanti di fiamma privi di alogeni sono rispettosi dell'ambiente e rappresentano la direzione futura dei ritardanti di fiamma", la visione sbagliata è profondamente radicata. Il punto di vista dei ritardanti di fiamma senza alogeni "senza alogeni = protezione ambientale" è diventato popolare. In realtà , secondo il sistema internazionale di classificazione ed etichettatura chimica comune, tra tutti gli oltre 70 tipi di ritardanti di fiamma bromurati in commercio, solo il TBBA (tetrabromobisfenolo A) e l'HBCD (esabromociclododecano) sono due prodotti chiaramente definiti come tossici e nocivi. Inoltre, alcuni ritardanti di fiamma non alogeni, come la stragrande maggioranza degli esteri di fosfato e alcuni fosfati e ipofosfati, portano l'etichetta di sostanze pericolose per l'ambiente. Pertanto, non esiste una base scientifica per giudicare se il fatto di contenere determinati elementi chimici sia ecologico.
Plastificanti ritardanti di fiamma della stessa serie
| Lcflex® T-50 | T-50; ASE | CAS 91082-17-6 |
| Lcflex® ATBC | Acetil tributile citrato | CAS 77-90-7 |
| Lcflex® TBC | Tributile citrato | CAS 77-94-1 |
| Lcflex® TCPP | Ritardante di fiamma TCPP | CAS 13674-84-5 |
| Lcflex® DOTP | Tereftalato di diottile | CAS 6422-86-2 |
| Lcflex® DEP | Dietil ftalato | CAS 84-66-2 |
| Lcflex® TEC | citrato di trietile | CAS 77-93-0 |
| Lcflex® DOA | Diottile adipato | CAS 123-79-5 |
| Lcflex® DOS | ACIDO SEBACICO DI-N-OTTILE ESTERE | CAS 2432-87-3 |
| Lcflex® DINP | Diisononil ftalato | CAS 28553-12-0/685 15-48-0 |
| Lcflex® TMP | Trimetilolpropano | CAS 77-99-6 |
| Lcflex® TEP | Fosfato di trietile | CAS 78-40-0 |
| Lcflex® TOTM | Triottile trimellitato | CAS 3319-31-1 |
| Lcflex® BBP | Plastificanti a base biologica, Plastificante ad alta efficienza | |
| Lcflex® TMP | Trimetilolo propano | CAS 77-99-6 |
| Lcflare® TCEP | Tris(2-cloroetil)fosfato | CAS 115-96-8 |
| Lcflare® BDP | Bisfenolo-A bis(difenilfosfato) | CAS 5945-33-5 |
| Lcflare® TPP | Fosfato di trifenile | CAS 115-86-6 |