چرا تاخیر در شعله برای PE دشوارتر از PP است؟

چرا بازدارنده شعله برای PE دشوارتر از PP است؟

بسیاری از مردم معتقدند که بازدارنده شعله یک مسئله ساده است، یا که همان بازدارنده شعله می تواند برای زیربناهای پولیولفینی مشابه استفاده شود.بازدارنده شعله خیلی پیچیده تر از چیزیه که تصور میکنیمامروز، ما به یک معما کلاسیک می پردازیم: چرا ضد شعله PE دشوارتر از PP است؟و چرا بارگیری مهار کننده های شعله در PE همیشه بالاتر از PP است?

پاسخ در ساختارهای زنجیره ای مولکولی آنها که ظاهراً مشابه هستند، اما اساساً متفاوت هستند، نهفته است.

۱. ظاهراً "برادران نزدیک" اما در واقع "خانواده های مختلف"

از نظر شیمیایی، هم پلی اتیلن (PE) و هم پلی پروپیلن (PP) متعلق به خانواده پلیولفین هستند که فقط از کربن و هیدروژن تشکیل شده اند.ترتیب زنجیره های مولکولی آنها "شخصیت" بسیار متفاوتی را در آتش تعیین می کند.

1.1 پلی اتیلن (PE):ساختار آن ساده ترین زنجیره طولانی کربن- هیدروژن است که شامل تعداد بی شماری از واحدهای متیلن تکراری (-CH2-) است. این ساختار بسیار منظم است و زنجیره های مولکولی انعطاف پذیر هستند،مثل يه شمع محکم بسته شده. "
1.2 پلی پروپیلن (PP):زنجیره کربن آن دارای یک گروه جانبی متیل (-CH3) است که بر روی هر اتم کربن دیگر آویزان است. حضور این گروه متیل تعداد زیادی از اتم های کربن ثالثی را در امتداد زنجیره مولکولی PP معرفی می کند.

این گروه کوچک سمت میتیل خط تقسیم را در دشواری بازدارنده شعله نشان می دهد.

II. "تفاوت زمان" در تجزیه حرارتی: "کمک" PP در مقابل "عمل انفرادی" PE

بازدارنده شعله اساساً یک مسابقه با زمان با آتش است. به ویژه برای بازدارنده های شعله ای متداول فعلی (IFR) ، اصل اصلی درهمگام سازی: هنگامی که پلاستیک شروع به تجزیه می کند، مهار کننده شعله نیز باید همزمان تجزیه شود. هر دو با هم کار می کنند تا یک لایه ذغال سنگ متخلخل ایجاد کنند که در برابر اکسیژن و گرما عایق بندی می کند.

2.1 دمای شروع نامناسب

• "پپ" کمک می کنه:به دلیل وجود اتم های کربن سوم، اتم های هیدروژن متصل به آنها (هیدروژن سوم) هنگام گرم شدن بسیار ناپایدار هستند و به راحتی از بین می روند.این باعث می شود که PP دارای دمای شروع تجزیه حرارتی نسبتا کم باشد، معمولا شروع به تخریب در اطراف250 درجه سانتیگرادبه طور تصادفی، این به طور کامل با دمای فعال سازی اکثر سیستم های IFR (مانند APP / PER) مطابقت دارد. به عنوان مثال، APP نیز در محدوده 250-260 ° C تجزیه می شود.این یک مطابقت ایده آل با دمای تجزیه PP ایجاد می کندهنگامی که PP شروع به ذوب شدن می کند و در حال "غذای آتش" است، مهار کننده شعله نیز شروع به کار می کند.به همین دلیل است که حتی مقدار کمی از V-2 درجه بندی retardant شعله (1-2٪) می تواند تعادل احتراق PP را مختل و به دست آوردن خود خاموش کردن پس از حذف از شعله.
• "کار انفرادی" PE:PE دارای یک ساختار بسیار پایدار بدون هیدروژن های ثالثی ناپایدار است. دمای شروع تجزیه حرارتی آن به اندازه۳۳۰ درجه سانتیگراد یا بیشتراین بدان معنی است که هنگامی که شما PE را روشن می کنید، مهار کننده شعله ممکن است هنوز "خواب" باشد در حالی که PE در حال حاضر به شدت تجزیه می شود و مقادیر زیادی از گاز های قابل احتراق را آزاد می کند.وقتي که مهار کننده شعله بالاخره شروع به عمل ميکنهاین "تغییر زمان" باعث می شود بار کم ضد شعله تقریباً به طور کامل در PE بی اثر باشد.

2.2 جهان ها در گرایش به زغال سنگ

• توان سنگ زنی:به دلیل ساختار شاخه دار آن، PP تمایل کمی به چرخه سازی یا پیوند متقابل در طول احتراق دارد (اگرچه ضعیف است) ،فراهم کردن یک پایه "اسکلتی" حداقل برای تشکیل یک لایه ذغال سنگ داخل.
• مشکل PE:در دمای بالا، PE تقریباً به طور انحصاری از شکاف زنجیره ای تصادفی رنج می برد. محصولات تجزیه آن تقریباً به طور کامل اولفین ها و آلکان های ناپایدار هستند.که عملا هیچ بقایی باقی نمی گذارد.. دشواری مجبور کردن ماده ای که "نمی خواهد سوخت" برای تشکیل یک لایه متراکم و درخشان خوب نیست. به طور طبیعی به عامل و کاتالیزور بیشتری نیاز دارد. بنابراین،مهار کننده های شعله معمولی باید به بارگذاری های بالاتر تکیه کنند.، با استفاده از منبع اسید و منبع کربن خود برای رسیدن به هدف زغال سنگ.

III. "تولید نیروی خام" از حرارت احتراق

علاوه بر تفاوت در واکنش های شیمیایی، تفاوت های قابل توجهی در خواص احتراق فیزیکی آنها نیز وجود دارد.

• گرمای احتراق برای PE (تقریباً45.9 MJ/kg) بالاتر از PP (حدود.44.0 MJ/kg)
• اگرچه این تفاوت خیلی بزرگ نیست، PE در هنگام احتراق مداوم گرمای بازخورد بیشتری را آزاد می کند.این نیاز دارد که سیستم مهار کننده شعله دارای خواص عایق قوی تر برای جلوگیری از گرما از تغذیه به پلیمر و تولید گاز های قابل اشتعال بیشتراین امر بدون شک الزامات بیشتری را بر ضخامت و کیفیت لایه ذغال سنگ داخل ایجاد می کند، که به طور مستقیم منجر به نیاز به بارگیری های بیشتر ضد شعله در PE می شود.

IV. "چنگال روان بودن" ذوب

این یک عامل اغلب نادیده گرفته شده است، اما در V-2 درجه بندی retardantancy شعله بسیار مهم است.

4.1 "اثر قطره زدن" PP:مکانیسم اصلی درجه بندی V-2 "قطره های ذوب" است که قطرات ذوب شده را از منطقه احتراق خارج می کند.اجازه می دهد تا قطرات سریع قطره ای را تشکیل دهد که گرما شعله را از مواد اصلی دور می کند.
4.2 "آتش جاری" PE:PE دارای قدرت ذوب حتی پایین تر و مایعیت بالاتر است. با این حال، سرعت احتراق آن سریع است و هنگامی که ذوب سوزان می شود، اغلب به طور تمیز قطره نمی کند بلکه در حالی که هنوز در حال شعله ور شدن است به سمت پایین جریان می یابد.این به راحتی می تواند پنبه زیر را در آزمایش های عمودی روشن کنداین امر باعث می شود که مهار کننده های شعله V-2 که به مکانیسم قطره زدن متکی هستند، برای PE کاملاً بی اثر باشند.

V. نتیجه گیری

برگردیم به سوال اولیه: چرا همان ماده مهار کننده شعله در PP و PE عملکرد متفاوتی دارد؟

علت اصلی در واکنش زنجیره ای است که توسط آن گروه جانبی متیل واحد ایجاد می شود.دمای تجزیه پایین تر، همگام کردن آن با مهار کننده شعله؛ این PP یکتمایل کمی به سوختگی؛ و PP را با یکويسکوزيت ذوب مناسب تربرای قطره زدن مفید.

از سوی دیگر، PE به عنوان یک هیدروکربن زنجیره مستقیم کاملا ساختار یافته، دارایثبات و انتشار حرارت بالااین امر مستلزم این است که یک"سخت تر، قوی تر"اصلاحات ضد شعلهاین توضیح می دهد که چرا بار های بازدارنده شعله در PE همیشه بالاتر از PP است، زیرا ما به "آتش نشانی های" بیشتری برای مبارزه با آتش سوزی که در 350 °C شدت بیشتری دارد نیاز داریم..

بازدارنده شعله هرگز یک فرآیند مخلوط فیزیکی ساده نیست؛ این یک بازی پیچیده ازتنظیم دقیق بر اساس ساختار مولکولیدرک این موضوع می تواند دیدگاه علمی تری را به این بارگذاری های افزودنی ظاهرا "بی اندازه" بدهد.