Au-delà de l’ignifugation, la suppression de la fumée est importante !
La technologie de combustion de PVC « Fixation de fumée formant du charbon » reconstruit les normes de sécurité des composés de câbles
I. Préface
Sur les lieux d'un incendie, la fumée noire dense produite lors de la combustion du PVC obscurcit non seulement la visibilité, mais sert également de « tueur principal ». Les retardateurs de flammes traditionnels peuvent éteindre les flammes, mais ils ne parviennent pas à contrôler la fumée. Aujourd'hui, en partant du mécanisme fondamental, nous discutons de la manière de résoudre le problème d'émission de fumée du PVC à sa source grâce au concept de « suppression de la fumée via la formation de charbon ».
II. Un point douloureux commun
Ceux qui travaillent avec des composés de câbles savent que le PVC (chlorure de polyvinyle) , malgré ses excellentes propriétés globales et son faible coût, a un « talon d'Achille » gênant : il produit une fumée noire exceptionnellement épaisse lorsqu'il brûle. Imaginez un scénario : un câblage électrique vieillissant court-circuite et déclenche un incendie ; à mesure que la gaine en PVC brûle, une épaisse fumée remplit rapidement toute la pièce. Les statistiques montrent qu'environ 80 % des décès liés aux incendies sont causés par la fumée et les gaz toxiques plutôt que par les flammes elles-mêmes. Pourquoi le PVC est-il si « friand de fumer » ? Les retardateurs de flammes traditionnels peuvent éteindre les incendies, alors pourquoi ne peuvent-ils pas contrôler la fumée ?
III. Pourquoi le PVC produit-il de la fumée ? Comprendre au niveau moléculaire
Pour résoudre le problème, nous devons d’abord comprendre sa cause. Utilisons une analogie avec le « barbecue » pour comprendre le processus de combustion du PVC :
Première étape : se débarrasser du « manteau extérieur »
Les chaînes latérales moléculaires du PVC contiennent de nombreux atomes de chlore. Lors du chauffage, les atomes de chlore s'éloignent avec l'hydrogène, formant du chlorure d'hydrogène gazeux (la source de cette odeur âcre). Les chaînes moléculaires restantes se transforment en longues séquences de doubles liaisons, appelées professionnellement « polyènes conjugués ».
Deuxième étape : cyclisation « Clustering »
Ces structures à double liaison à longue chaîne sont instables et commencent à « cycliser », ce qui signifie que les molécules s'interconnectent les unes avec les autres, formant des structures de cycle aromatique (généralement des cycles stables à six ou cinq chaînons). Ces structures sont très stables et ne peuvent pas subir une combustion complète dans des conditions de manque d'oxygène.
Troisième étape : génération de fumée noire
Ces structures d’anneaux aromatiques s’agrègent et se dispersent dans l’air, devenant la fumée noire dense que nous observons. Ils s’accompagnent souvent d’une toxicité extrême ; une fois inhalés, ils provoquent une défaillance rapide des organes humains, entraînant la mort.
Après avoir compris la cause de la génération de fumée, nous pouvons identifier le point critique : si nous parvenons à faire en sorte que ces produits de décomposition se réticulent rapidement et forment du charbon au cours de la deuxième étape, plutôt que de se disperser sous forme de fumée, le problème de la fumée noire serait en grande partie résolu. Cela nous amène au sujet d'aujourd'hui : les agents anti-fumée formant des coquilles, également connus sous le nom d''agents formant des coquilles anti-fumée'.
IV. Solutions et mécanismes traditionnels de suppression de fumée
4.1 Composés de molybdène
Dans les composés du molybdène, le molybdène est hexavalent et son état d'oxydation et son indice de coordination changent facilement. Grâce à la catalyse acide de Lewis, ils favorisent la formation de couches de charbon et réduisent la génération de fumée. Leurs processus d'ignifugation et de suppression de fumée se produisent principalement en phase condensée plutôt qu'en phase gazeuse, produisant des effets catalytiques principalement par les trois types de réactions suivants :
(1) Catalyser la déshydrochloration du PVC pour former des trans-polyènes via le mécanisme de l'acide de Lewis, empêchant ces derniers de se cycliser en composés à noyau aromatique, qui sont les principaux composants de la fumée ;
(2) isomérisation des cis-polyènes en trans-polyènes ;
(3) Réticulation des polyènes par des réactions d'alkylation de Friedel-Crafts ou des réactions de cyclisation de Diels-Alder.
De plus, les composés de molybdène peuvent former des chaînes polymères réticulées par liaison métallique ou par couplage réducteur de liaison carbone-chlore, réduisant ainsi la contribution des combustibles au feu.
4.2 Mécanismes de suppression de la fumée des composés organoirés et de certains oxydes métalliques
Les composés organoirés peuvent supprimer la fumée à la fois en phase gazeuse et en phase condensée, en fonction principalement de la structure du polymère, en particulier s'il contient des halogènes. Par exemple, dans le PVC, les composés ferrocènes et leurs dérivés peuvent initier des réactions en phase gazeuse qui forment des radicaux très actifs (tels que les radicaux OH), qui oxydent ensuite les particules de fumée en CO.
Certains oxydes métalliques peuvent également éliminer les suies, car ils peuvent catalyser la dissociation des molécules d'hydrogène et des molécules d'eau en radicaux H lors de la combustion. Ces radicaux H peuvent ensuite réagir avec l’eau pour former des radicaux OH, qui peuvent convertir la suie en CO grâce aux réactions susmentionnées.
De plus, certains oxydes métalliques peuvent interférer avec la nucléation des suies en passivant les centres de nucléation ionisés et leurs étapes de croissance. Dans ce processus, les métaux thermiquement ionisés ou catalytiquement ionisés attaquent d'abord les centres de nucléation, suivis par la passivation des centres ioniques. Simultanément, les composés métalliques peuvent favoriser la formation de radicaux OH dès les premiers stades de la combustion. Par conséquent, les précurseurs de suie, à savoir les composés aromatiques polynucléaires condensés, peuvent être réduits ou éliminés par oxydation. Autrement dit, certains composés métalliques peuvent supprimer la formation de benzène et d’autres composés aromatiques en phase gazeuse.
4.3 Principe de suppression de fumée par couplage réductif
Certains additifs de métaux de transition peuvent favoriser la réticulation du PVC grâce au mécanisme de couplage réducteur du polymère, supprimant ainsi la fumée. Dans le PVC massif, une telle réticulation peut se produire à 200°C. Lorsque l'agent de couplage est Cu(0), le couplage réducteur du chlorure d'allyle est le plus susceptible de se produire, bien que d'autres réactions de couplage parallèles ne puissent pas être complètement exclues. Les segments de chaîne polyoléfinique plus courts formés par couplage allylique peuvent limiter la génération de benzène et d'autres hydrocarbures aromatiques lors de la pyrolyse du PVC.
V. Notre approche : combiner le « blocage » avec le « guidage »
Si l'on compare la combustion du PVC à un « fumage par cheminée », l'approche traditionnelle consiste à ajouter un « tamis filtrant » à la sortie de la cheminée, ce qui donne des résultats limités à un coût élevé. Notre concept est le suivant : conserver les approches traditionnelles tout en « solidifiant la fumée dans un mur » à la base de la cheminée, empêchant ainsi la fumée de sortir. Ce « mur à la base de la cheminée » est une couche de charbon dense.
Grâce à un système composé synergique, nous permettons aux antifumées de fonctionner simultanément en phase gazeuse et en phase condensée :
(1) Réticulation catalytique : Favoriser la réticulation rapide des structures polyéniques formées après déshydrochloration du PVC, créant des réseaux tridimensionnels ;
(2) Favoriser l'aromatisation : accélérer la formation et la stabilisation des structures aromatiques, en les 'verrouillant' dans la couche de charbon ;
(3) Formation de barrière : former une couche de charbon dense sur la surface du matériau, isolant l'oxygène et la chaleur et empêchant toute décomposition interne supplémentaire.
Sur la base des mécanismes ci-dessus, nous avons développé les agents anti-fumée carbonateurs de la série FC, spécialement conçus pour les composés sans halogène à faible émission de fumée, les composés de câbles en PVC, le caoutchouc et les revêtements.
Cet article vise à vulgariser les principes fondamentaux de la suppression de la fumée du PVC par la formation de charbon et à présenter les solutions correspondantes. Si vous avez des questions concernant des détails techniques spécifiques ou des applications de produits, n'hésitez pas à laisser un commentaire ci-dessous pour en discuter !
