El mecanismo ignífugo de los retardantes de llama.

Los retardantes de llama ejercen sus efectos retardantes de llama a través de diversos mecanismos, como el efecto endotérmico, el efecto de cobertura, la inhibición de reacciones en cadena y la asfixia de gases no combustibles. La mayoría de los retardantes de llama logran retardar la llama a través de varios mecanismos.

1. Efecto endotérmico

El calor liberado por cualquier combustión en un corto periodo de tiempo es limitado. Si parte del calor liberado por la fuente de fuego se puede absorber en un corto período de tiempo, la temperatura de la llama disminuye, se reduce el calor irradiado a la superficie en llamas y que actúa sobre las moléculas combustibles vaporizadas para descomponerse en radicales libres, y se reduce la combustión. La reacción se inhibirá hasta cierto punto. En condiciones de alta temperatura, los retardantes de llama sufren una fuerte reacción endotérmica, absorben parte del calor liberado por la combustión, reducen la temperatura de la superficie de las sustancias combustibles, inhiben eficazmente la generación de gas combustible y previenen la propagación de la combustión. El mecanismo retardante de llama del retardante de llama Al (OH) 3 es mejorar el rendimiento retardante de llama del polímero aumentando su capacidad calorífica, permitiéndole absorber más calor antes de alcanzar la temperatura de descomposición térmica. Este tipo de retardante de llama aprovecha al máximo su función de absorber una gran cantidad de calor cuando se combina con vapor de agua, mejorando su propia capacidad retardante de llama.

2. Función de cobertura

Después de agregar retardantes de llama a sustancias combustibles, los retardantes de llama pueden formar recubrimientos de espuma vítreos o estables a altas temperaturas, que pueden aislar el oxígeno y tienen las funciones. de aislamiento térmico, aislamiento de oxígeno y prevención del escape de gas inflamable, logrando así el propósito de retardar la llama. Por ejemplo, los retardantes de llama terminados en organofosforados pueden producir un material sólido reticulado estructuralmente más estable o una capa carbonizada cuando se calientan. Por un lado, la formación de la capa carbonizada puede evitar una mayor pirólisis del polímero y, por otro lado, puede evitar que los productos de descomposición térmica en su interior entren en la fase gaseosa para participar en el proceso de combustión.

3. Inhibición de la reacción en cadena

Según la teoría de la reacción en cadena de la combustión, los radicales libres son necesarios para mantener la combustión. Los retardantes de llama pueden actuar en la zona de combustión en fase gaseosa para capturar radicales libres en la reacción de combustión, evitando así la propagación de las llamas, reduciendo la densidad de la llama en la zona de combustión y, en última instancia, reduciendo la velocidad de la reacción de combustión hasta que finaliza. Por ejemplo, la temperatura de evaporación de los retardantes de llama que contienen halógenos es igual o cercana a la temperatura de descomposición del polímero. Cuando el polímero se descompone por calor, el retardante de llama también se volatiliza. En este momento, el retardante de llama que contiene halógeno y los productos de descomposición térmica se encuentran en la zona de combustión en fase gaseosa al mismo tiempo. El halógeno puede capturar los radicales libres en la reacción de combustión, evitando así que la llama se propague, reduciendo la densidad de la llama. la zona de combustión, y finalmente reduciendo la velocidad de reacción de combustión hasta su terminación.

4. Asfixia por gas no combustible

El retardante de llama descompone el gas no combustible cuando se calienta y la concentración de gas combustible descompuesto de sustancias combustibles se diluye por debajo del límite inferior de combustión. Al mismo tiempo, puede diluir la concentración de oxígeno en la zona de combustión, evitar que la combustión continúe y lograr el efecto retardante de llama.

5 Mecanismos de combustión y retardantes de llama

En la Sección 3 y las Tablas 3 y 4, analizamos los parámetros térmicos básicos que determinan el comportamiento de combustión inherente de las fibras textiles. Para comprender cómo funcionan los retardantes de llama textiles existentes y, lo que es más importante, cómo desarrollar futuros retardantes de llama, es clave explorar más profundamente los mecanismos de combustión de los polímeros formadores de fibras.

5.1 Estrategia retardante de llama

La figura 7 muestra el proceso del mecanismo de combustión textil (como mecanismo de retroalimentación), en el que se produce combustible (procedente de degradación térmica o pirólisis de la fibra), calor ( provenientes de la ignición y la combustión) y el oxígeno (del aire) sirven como componentes principales. Para interrumpir este mecanismo, se han propuesto cinco métodos (a) ~ (e). Los retardantes de llama pueden funcionar de una o más maneras. Las siguientes son las etapas y los efectos retardantes de llama relacionados:

a) eliminación de calor

b) aumentar la temperatura de descomposición

c) reducir la formación de inflamables; volátiles y aumentan la cantidad de carbono;

d) reducen el contacto con el oxígeno o diluyen la llama;

e) interfieren con la química de la llama y/o aumentan la temperatura de ignición del combustible (TC);

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La fusión y/o degradación y/o deshidratación requieren la absorción de grandes cantidades de calor (por ejemplo, revestimientos posteriores que contienen preparaciones de fósforo orgánico e inorgánico, hidróxido de aluminio u óxido de aluminio hidratado). Por lo general, no se utiliza en retardantes de llama; sin embargo, se encuentra más comúnmente en fibras inherentemente resistentes al fuego y al calor (como las fibras de aramida). La mayoría de los retardantes de llama de la celulosa y la lana contienen complejos de metales pesados ​​en la lana. Los retardantes de llama hidratados y algunos retardantes de llama que promueven la quema de carbón pueden liberar humedad; los retardantes de llama que contienen halógenos pueden liberar haluro de hidrógeno.

Retardantes de llama que contienen halógenos, normalmente combinados con óxido de antimonio. Como puede verse en lo anterior, ciertos tipos de retardantes de llama pueden ser útiles de muchas maneras, la mayoría de las cuales son ejemplos efectivos. Además, algunos retardantes de llama pueden crear intermediarios en fase líquida que pueden humedecer la superficie de la fibra y así actuar como una barrera contra el calor y el oxígeno; las mezclas ampliamente aceptadas de borato y ácido bórico pueden funcionar de esta manera. Además, favorece la formación de carbonilla. Para simplificar la clasificación de las diferentes formas en que se comportan los retardantes de llama químicos, se pueden utilizar los términos actividad de fase "condensada" y fase "gas o vapor" para distinguirlos. Ambas son palabras compuestas. El primero incluye los modos (a ~ c) mencionados anteriormente, y el segundo incluye los modos (d) y (e). Los mecanismos físicos a menudo actúan simultáneamente, incluida la eliminación de oxígeno y/o calor mediante la formación de un recubrimiento (Modo D), el aumento de la capacidad calorífica (Modo A) y la dilución o cobertura de la llama con un gas no inflamable (Modo D).

5.2 Termoplasticidad

El hecho de que una fibra se pueda ablandar y/o fundir (definida por la temperatura de transición física en la Tabla 3) determina si es termoplástica. Los termoplásticos pueden afectar significativamente el comportamiento de los retardantes de llama debido a los cambios físicos asociados. Las fibras termoplásticas convencionales (como la poliamida, el poliéster y el polipropileno) evitan la ignición al alejarse de la llama de encendido: esto las hace parecer ignífugas en la superficie. De hecho, si se bloquea la contracción, pueden arder violentamente. Este llamado efecto de andamio se puede ver en poliéster-algodón y mezclas similares, donde el polímero fundido se funde sobre el algodón no termoplástico y se enciende. Se pueden observar efectos similares en textiles compuestos compuestos de componentes termoplásticos y no termoplásticos.

Con los efectos anteriores surge el problema de las gotitas (normalmente gotitas quemadas). Si bien esta gota puede eliminar el calor del frente de la llama, promoviendo la extinción de la llama (y por lo tanto "pasando" la prueba de la llama vertical), puede encender o reavivar la superficie debajo de ella (como una alfombra o la piel).

La mayoría de los retardantes de llama aplicados a fibras sintéticas tradicionales durante la producción en masa o como agentes de acabado generalmente actúan mejorando el goteo del fundido y/o promoviendo el apagado de las gotas de llama. Hasta el momento, no existen medios para reducir la termoplasticidad y promover significativamente la formación de carbonilla, como es el caso de la celulosa tratada con retardantes de llama (incluida la viscosa).

5.3 Mecanismo retardante de llama y formación de carbonilla

Los retardantes de llama que funcionan en fase gaseosa de la manera (d) y/o (e) tienen las siguientes ventajas, es decir, Reducen la tendencia a encenderse y ayudan a extinguir las llamas de los polímeros a partir de los cuales se forman las fibras textiles. Esto se debe a que una vez que los productos volátiles o el combustible de la degradación térmica reaccionan con el oxígeno de la llama, sus propiedades químicas se vuelven muy similares. Por lo tanto, cortar el oxígeno (ruta (e)) o generar radicales libres que interfieren (ruta (f)) puede garantizar sin duda el efecto retardante de llama.

Según su costo y efectividad, los retardantes de llama de halógeno-antimonio son los retardantes de llama de mayor éxito en polímeros a granel y textiles con recubrimiento posterior. A diferencia de los retardantes de llama duraderos reactivos con fibras que contienen fósforo y nitrógeno para fibras celulósicas (ver más abajo), generalmente solo están disponibles como agentes de revestimiento posterior a través de un aglutinante de resina. En el caso de los textiles, la mayoría de los sistemas de antimonio-halógeno consisten en trióxido de antimonio y moléculas orgánicas que contienen bromo, como el decabromodifenoxi (decabromodifenoxi) o el hexabromociclotridecano (HBCD). Una vez calentadas, estas sustancias liberarán grupos HBr y Br. base. Según el diagrama siguiente, estas dos sustancias interfieren con las reacciones químicas de la llama. En el diagrama esquemático: los grupos R, CH2, H y OH forman parte de la reacción en cadena de oxidación a la llama, consumiendo combustible (RCH3) y oxígeno;