Ignifuge + Réduction de fumée, un article pour vous permettre de comprendre la classification et la sélection des suppresseurs de fumée ignifuges en polymères

Ignifuge + Réduction de fumée, un article pour vous permettre de comprendre la classification et la sélection des suppresseurs de fumée ignifuges en polymères

Lors d'un incendie, la plupart des gens ne meurent pas à cause de la température élevée, mais principalement à cause du matériau combustible qui, lors du processus de combustion, libère des gaz toxiques et nocifs, entraînant un empoisonnement ou un apport insuffisant d'oxygène et la mort.Par conséquent, la recherche et le développement de nouveaux processus de combustion non toxiques et inoffensifs ne produisent pas ou moins de gaz nocifs et de suie toxiques, des matériaux ignifuges dotés de bonnes propriétés ignifuges sont le domaine actuel des ignifuges qui se concentre sur l'orientation de la recherche.

À l'heure actuelle, principalement grâce à l'ajout d'oxydes de métaux de transition, de complexes magnésium-zinc, d'hydroxydes métalliques, d'oxyde d'étain, de ferrocène, d'oxyde de cuivre et d'autres agents anti-fumée pour résoudre le problème de la fumée excessive dans l'incendie. De nouveaux suppresseurs de fumée, une combustion sans gaz toxiques et nocifs produits par le retardateur de flamme sont la tendance future de la recherche et du développement de matériaux ignifuges.

Les polymères généraux dans le processus de combustion produiront beaucoup de fumée, dont une partie de la fumée de combustion du polymère est toxique. Lorsque le polymère est ajouté au retardateur de flamme, en particulier aux retardateurs de flamme halogénés et au trioxyde d'antimoine, la combustion produira davantage de fumée et de gaz toxiques.

Composition de la fumée

La fumée noire est constituée de particules solides et d'agglomérats en suspension dans les produits des gaz de combustion.

On pense généralement qu’il existe trois façons de réduire la concentration de fumée noire : l'une consiste à s'appuyer sur l'effet de couverture, l'effet de transfert, l'inhibition des radicaux libres, l'accélération de la formation de carbone et d'autres principes ignifuges pour modifier le modèle de combustion ;le deuxième est un grand nombre de matériaux inorganiques de remplissage, en réduisant la teneur en matériaux combustibles pour réduire la quantité de fumée, mais un dosage trop important entraînera de graves dommages aux performances du produit ;la troisième consiste à utiliser un effet synergique, le composite ignifuge.

La fumée blanche est principalement due à la vapeur d'eau générée lorsque le matériau brûle, ainsi qu'au condensat de vapeur d'eau et à d'autres minuscules particules en suspension dans l'air.Il existe également des parties invisibles comme les gaz, comme le HCl, le CO₂, CO, HCN et méthane.

Bien que la vapeur d’eau soit inoffensive pour l’homme, elle fait diminuer le taux de transmission de la lumière et augmenter la densité de la fumée. L'hydroxyde d'aluminium, l'hydroxyde de magnésium en raison de l'absorption de la chaleur de combustion et jouent un rôle ignifuge, mais la génération de vapeur d'eau est la principale cause de la fumée blanche.Par conséquent, il est crucial de trouver un équilibre entre le retardateur de flamme et la suppression de la fumée.

Quels matériaux ont tendance à produire de la fumée

Mesurez la taille du matériau brûlant la fumée en utilisant généralement la densité optique spécifique maximale (Dm), également connue sous le nom de densité maximale de la fumée.Plus la densité optique spécifique maximale des polymères est élevée, plus la fumée est importante, plus la fumée noire lors de la combustion est épaisse, plus la pollution de l'environnement est importante.La densité optique spécifique maximale des polymères couramment utilisés est indiquée dans le tableau ci-dessous.

Du tableau on peut voir :

1. structure polyoléfinique ou polymères avec cycle benzénique sur la chaîne latérale, la quantité de fumée est plus importante, car la chaîne carbonée polyène peut être cyclisée, polycondensation, génération de particules de carbone graphitées ;

2. Alors que la chaîne latérale a un cycle benzénique sur le polymère (tel que le polystyrène), la combustion génère facilement des hydrocarbures insaturés à double liaison conjuguée, puis la polycondensation de la cyclisation de la chaîne carbonée en charbon de bois, la quantité de fumée est élevée.

3. La cyclisation du chlorure de polyvinyle déshydrogène est également facile à former une grande quantité de polymère de fumée de combustion.

À cause de la combustion du polymère norme sans fumée pour une densité optique spécifique maximale Dm inférieure à 300, donc PET, PC, PS, ABS et PVC et autres grandes quantités de résines émettrices de fumée, ignifuges en même temps doivent également effectuer une modification de la fumée, dont le PVC est particulièrement important.

Sélection de produits ignifuges et anti-fumée

Dans la technologie ignifuge contemporaine, « ignifuge » et « suppression de fumée » sont comparables ; pour certains polymères, « suppression de fumée » est plus importante que « retardateur de flamme ».Pour certains polymères, la « suppression de la fumée » est plus importante que le « ignifugation », il est donc très important de développer des retardateurs de flamme anti-fumée.Quel type de matériau présente les conditions d'abat-fumée ?

Lorsqu'un matériau brûle, la flamme se diffuse et la convection de l'air amène le carbure généré dans l'air, ce qui est la raison fondamentale de l'augmentation de la quantité de fumée.Si le carbure généré peut être solidifié à la surface du matériau en combustion, plutôt que de flotter dans l'air, cela réduira considérablement la densité de la fumée du matériau.La clé pour réaliser cette idée est de synthétiser ou de rechercher un composé qui peut fondre entre 700 et 1 000 ℃, les performances en température étant similaires à celles de l'adhésif.

Dans le même temps, dans la conception de formulations ignifuges sans fumée, dans la mesure du possible pour choisir un ignifugeant à faible fumée, la densité optique spécifique maximale des différents types de ignifugeants est indiquée dans le tableau ci-dessous.Le système ignifuge halogène/antimoine et le phosphore rouge enrobé augmentent la quantité de fumée et la diffusion de gaz toxiques, donc lors de l'utilisation du système ignifuge au brome, vous devez ajouter un inhibiteur de fumée en même temps.

Pour résumer, les additifs anti-fumée peuvent être divisés en deux catégories : les additifs anti-fumée inorganiques et organiques, et les additifs anti-fumée inorganiques sont les plus couramment utilisés.

(1) Additifs anti-fumée inorganiques

Les antifumées inorganiques sont principalement des oxydes, des hydroxydes et des sels métalliques.

un.Le molybdène est un agent anti-fumée d'oxydes métalliques couramment utilisé, les principales variétés de trioxyde de molybdène, d'octamolybdate amine, de molybdate de calcium, de phosphomolybdate de calcium, de molybdate de zinc, etc., ainsi que des composés de molybdène et d'antimoine, d'oxyde de cuivre, d'oxyde de fer, d'oxyde de cadmium, etc. .et avec les meilleures variétés d'effet de suppression de fumée.Un grand nombre d’agents anti-fumée à base de molybdène à haute efficacité commercialisés sont le trioxyde de molybdène et l’octamolybdate d’ammonium.

Composés de molybdène pour le principe de suppression des fumées en phase condensée par réticulation pour favoriser la formation de charbon de bois, pour jouer le rôle de suppression des fumées.Par exemple, les composés de molybdène forment du charbon de bois résiduel avec le PVC et d'autres résines pendant le processus de combustion, recouvrant la surface du polymère pour obtenir l'effet ignifuge et de suppression de fumée.Ajouter une quantité générale d'abat-fumée à base de molybdène de 2 à 3 % entre la quantité de fumée peut être réduite de 30 à 80 % de la quantité de fumée.

b.Mécanisme de suppression des fumées ferrochimiques en phase condensée grâce à la réticulation pour favoriser la formation de carbone, mais également en tant que catalyseur d'oxydation, le polymère sera converti en monoxyde de carbone et en dioxyde de carbone.Les principales variétés sont le ferrocène, l'acide ferrocène 1,1-dicarboxylique, l'oxyde ferrique, l'oxalate de fer et de potassium, l'oxalate ferreux, etc., ainsi que les halogénures et leur utilisation.

Le ferrocène est un complexe cyclopentadiényle de fer ferreux.Le ferrocène est de couleur rouge orangé et ne peut pas être utilisé avec des retardateurs de flamme contenant du phosphore.Et à cause de la couleur, il n’est pas facile de promouvoir l’application.Le ferrocène est principalement vendu comme abat-fumée pour le PVC rigide.Tous les 100 PVC avec 0,5 copies peuvent réduire la fumée du PVC dur de 30 % à 70 %.Le ferrocène est rapidement converti en α-Fe2O3 lors du processus de PVC-dé-HCl, qui existe dans la couche de carbone.L'α-Fe2O3 peut provoquer la brûlure de la couche carbonisée et catalyser l'oxydation de la couche de carbone pour devenir du CO et du CO2, ce qui réduit la quantité de formation de noir de carbone.

FeCl2 et FeCl3 sont les prédécesseurs de la génération α-Fe2O3, ils sont également des éliminateurs de fumée efficaces, ils modifient définitivement le processus de fissuration du PVC, de sorte qu'il est facile de générer du goudron léger, réduisant ainsi la génération de fumée noire.

c.Les principales variétés d’hydroxyde métallique sont l’hydroxyde d’aluminium et l’hydroxyde de magnésium.Le principe spécifique de suppression de fumée est formé dans le processus de chauffage de l'alumine et l'oxyde de magnésium a une grande surface, peut adsorber la suie ;en phase solide pour favoriser la formation de charbon de bois ;eau exothermique en vapeur d'eau, peut être diluée dans des gaz combustibles, dilution de la fumée ;peut être une décomposition thermique de composés contenant des halogènes avec libération d'une réaction d'halogénure d'hydrogène (capture d'halogénure d'hydrogène), réduisant ainsi la quantité de fumée dans les gaz toxiques d'halogénure d'hydrogène.L'effet de suppression de fumée d'un seul hydroxyde métallique a été très bon, mais l'utilisation de deux composés directs ou avec des composés de molybdène, des oxydes métalliques, une utilisation composite métallique donne de meilleurs résultats.

d.Les principales variétés de sels métalliques sont les carbonates comme le carbonate de calcium, les borates comme le borate de zinc, les phosphates comme le phosphate de zinc, les oxalates comme l'oxalate de chrome et de cuivre, etc., les sulfates comme le sulfate de zinc, etc., les stannates comme le zinc. le stannate, l'aluminate tel que l'aluminate de zinc.

Le principe de suppression de la fumée CaCO3 est qu'il peut être et fumer dans la réaction d'halogénure d'hydrogène (capture), de sorte que la génération de CaCl2 stable.Étant donné que la réaction solide-gaz est une réaction non homogène, elle ne peut être effectuée qu'à la surface des particules solides, de sorte que la taille des particules de CaCO3 devient un facteur majeur dans l'effet de suppression de la fumée.Seules les minuscules particules ont une surface spécifique beaucoup plus grande.Selon le principe de suppression de fumée ci-dessus, tous les polymères qui produisent de l'halogénure d'hydrogène lors de la combustion, tels que le chlorure de vinyle, le polyéthylène chlorosulfoné, le caoutchouc néoprène, etc., peuvent utiliser du CaCO3 comme anti-fumée.

e.Les oxydes métalliques composites nano double hydroxyle (LDH) anti-fumée ignifuges nano sont une classe d'oxydes métalliques composites avec une structure en couches, l'ajout de 3 à 5 parties de LDH dans le PVC peut réduire la densité maximale de la fumée de la combustion du PVC de 30 % à 50. %, et moins d’impact sur ses propriétés mécaniques.Rempli de CaCO3 à l'échelle nanométrique pour effectuer la suppression de la fumée, la quantité de remplissage n'est que d'environ 10 %, elle produira l'effet souhaité.

F.L'anti-fumée à couplage de réduction peut favoriser le processus de couplage des additifs dans le clivage du polymère et peut produire des composés métalliques de valence zéro, notamment une série de composés carbonylés de métaux de transition, du formiate et de l'oxalate de métaux de transition, des complexes de cuivre monovalents ;et des complexes de cuivre monovalents contenant du phosphite ou d'autres ligands, etc., parmi lesquels les composés de cuivre sont l'un des additifs les plus efficaces de ce type.

Les composés Cu (II) peuvent réduire considérablement la quantité de benzène générée lors du craquage, et le degré de réticulation du PVC est considérablement augmenté lorsque Cu2O est présent à 200 ℃ ~ 300 ℃.Les composés de cuivre provoquent une réticulation par couplage réducteur, bien que les sels de cuivre ne catalysent pas facilement l'isomérisation (isomérisation cis-trans) des polyènes, bien qu'ils puissent également agir comme catalyseurs acides faibles pour favoriser l'alkylation de Friedel-Crafts.

En tant qu'agent de couplage réducteur approprié, il doit généralement avoir les propriétés suivantes :

1. L'activité électrochimique du métal doit être faible, c'est-à-dire que l'ion métallique doit être réductible à un état d'oxydation nul ;

2. Dans l'oxyde métallique, le métal doit être dans un état d'oxydation inférieur, ou le complexe métallique doit avoir un ligand oxydable et être capable de générer un métal de valence faible ou nulle par élimination thermoréductrice ;

3. L'ion métallique doit être supérieur à la température de traitement du polymère afin d'être réduit ;

4. Doit être peu coûteux, autant que possible incolore et sans effets néfastes sur la formulation du polymère.

(2) Additifs anti-fumée organiques

un.Le système de silicium organique est un nouveau type de retardateur de flamme sans halogène, mais également un anti-fumée de type charbon de bois, qui donne aux polymères un excellent anti-fumée ignifuge en même temps, mais également pour améliorer les propriétés de traitement du matériau et améliorer le résistance mécanique du matériau, en particulier résistance aux chocs à basse température.Actuellement sur le marché, le silicone ignifuge SFR100 produit par General Electric est un polymère de silicone transparent et visqueux, avec une variété d'agents synergiques (stéarate, mélanges de polyphosphate d'amine et de pentaérythritol, hydroxyde d'aluminium, etc.) et a été utilisé pour la flamme- polyoléfines ignifuges, faible dosage pour répondre aux exigences générales en matière d'ignifugation, un dosage élevé peut être doté du substrat avec un excellent retardateur de flamme et une excellente suppression de la fumée.

b.Système ferrocène, les principales variétés de ferrocène et quelques sels d'acides organiques.Le ferrocène et certains composés organiques du fer sont couramment utilisés. Ils conviennent le mieux aux anti-fumée du PVC, en ajoutant une quantité de 1,5 partie.

(3) Système ignifuge synergique

Le système ignifuge synergique fait référence au système ignifuge composé de deux (dont l'un est un ignifuge et l'autre est un agent synergique) ou de plus de deux composants, dont l'effet ignifuge est meilleur que la somme de l'effet ignifuge de chacun. composant.Les avantages et les inconvénients du système synergique sont souvent exprimés en « efficacité synergique » (SE), qui est définie comme le rapport entre l'efficacité ignifuge (EFF) du système synergique et celle d'un seul ignifugeant (sans effet synergique). agent) dans le système (avec la même quantité d'additif), et l'EFF est défini comme l'augmentation de l'indice d'oxygène (LOI) du substrat ignifuge par unité de masse de l'élément ignifuge (dans une certaine plage de quantité d'additif) .le montant ajouté se situe dans une certaine fourchette).Dans la plupart des cas, la valeur SE est basée sur les résultats obtenus avec le système synergique ayant la meilleure efficacité ignifuge.

Pour les ignifugeants halogénés dans le polystyrène ignifuge, l'ABS et certains autres plastiques, le complexe oxyde d'antimoine - silicate inorganique peut être utilisé comme synergiste.Ce synergiste est peu coûteux et a une faible force colorante.En outre, les composés d'antimoine/composés de magnésium - les composés de zinc composés du complexe en tant qu'agent synergique du système ignifuge, à la fois pour améliorer l'effet ignifuge, mais peuvent également jouer un effet de suppression de fumée.

Les composés de stéarate de zinc/talc/fer composés du complexe sont également un agent synergique à faible fumée, en ajoutant la quantité appropriée de cet agent synergique, peut fabriquer certains plastiques ignifuges contenant des halogènes, la densité de la fumée a diminué et la transmission de la lumière a augmenté.