La combustione dei polimeri è una reazione di ossidazione termica molto intensa e complessa, caratterizzata dall'emissione di fumo o da una fiamma ardente. I ritardanti di fiamma sono una classe di additivi che impediscono l'accensione delle materie plastiche o inibiscono la propagazione della fiamma. L'effetto ritardante di fiamma consiste nel prevenire o inibire la velocità delle trasformazioni fisiche o chimiche che avvengono durante il processo di combustione dei materiali polimerici. Nello specifico, l'effetto ritardante di fiamma si manifesta principalmente nei seguenti aspetti.
Ritardante di fiamma nel processo di combustione dei polimeri con effetto ritardante di fiamma:
Ritardante di fiamma ritardante di fiamma – effetto di assorbimento del calore
Il ruolo dell'effetto di assorbimento del calore è quello di far sì che l'aumento di temperatura del materiale polimerico avvenga con difficoltà.
Ad esempio, il borace contiene 10 molecole di acqua cristallina, che rilasciano 141.8 kJ/mol di calore, assorbimento di calore tale da inibire l'aumento di temperatura del materiale e ottenere un effetto ignifugo.
Ritardante di fiamma ritardante di fiamma – effetto coprente
L'effetto è quello di produrre uno strato di rivestimento stabile a temperature più elevate o di decomporsi per produrre una sostanza simile alla schiuma che ricopre la superficie del materiale polimerico. Questo impedisce al calore generato dalla combustione di penetrare all'interno del materiale e ai gas combustibili generati dalla decomposizione termica del materiale polimerico di fuoriuscire. Agisce come una barriera d'aria per il materiale, inibendone così la fessurazione e ottenendo un effetto ritardante di fiamma.
Ritardante di fiamma ritardante di fiamma – effetto diluizione
Queste sostanze possono produrre una grande quantità di gas non infiammabile quando vengono decomposte dal calore, cosicché il gas infiammabile prodotto dal materiale polimerico e l'ossigeno presente nell'aria vengono diluiti e non raggiungono l'intervallo di concentrazione infiammabile.
Ritardante di fiamma ritardante di fiamma – effetto trasferimento
L'effetto è quello di modificare la modalità di decomposizione termica del materiale polimerico, inibendo così la produzione di gas combustibili.
Ritardante di fiamma ritardante di fiamma – effetto inibitore
Intrappolando gli intermedi attivi delle reazioni di combustione, come HO- e H-, si inibiscono le reazioni a catena dei radicali liberi e si riduce la velocità di combustione fino allo spegnimento della fiamma.
Ritardante di fiamma ritardante di fiamma – effetto di miglioramento
Alcuni materiali non hanno effetto ignifugo se utilizzati da soli oppure hanno un effetto ignifugo scarso, ma è possibile utilizzare diversi materiali per aumentare l'effetto ignifugo, come ad esempio il triossido di antimonio e i composti alogeni utilizzati insieme.
Meccanismo di ritardo della fiamma nel processo di combustione dei polimeri:
Meccanismo ritardante di fiamma – meccanismo ritardante di fiamma in fase gassosa
I sistemi ritardanti di fiamma in fase vapore si riferiscono all'effetto ritardante di fiamma che consiste nell'interrompere o ritardare le reazioni di combustione a catena in fase gassosa. I sistemi ritardanti di fiamma in fase vapore consistono principalmente in:
- Gli inibitori dei radicali liberi si producono quando il materiale ignifugo viene riscaldato o bruciato, interrompendo così la reazione a catena della combustione.
- Produzione di particelle fini quando il materiale ignifugo viene riscaldato o bruciato, che favoriscono il legame dei radicali liberi per interrompere la reazione di combustione a catena.
- Rilascio di grandi quantità di gas inerte o vapore ad alta densità quando il materiale ignifugo viene riscaldato o bruciato.
Meccanismi ritardanti di fiamma – meccanismi ritardanti di fiamma in fase condensata
Il ritardo di fiamma in fase condensata si riferisce all'effetto ritardante di fiamma prodotto ritardando o interrompendo la decomposizione termica dei materiali ritardanti di fiamma in fase condensata. Il ritardo di fiamma in fase condensata consiste principalmente in:
- Ritardanti di fiamma che ritardano o interrompono la decomposizione termica dei gas e dei radicali infiammabili che possono essere prodotti durante il processo di coalescenza
- Riempitivi inorganici con un'elevata capacità termica specifica nei materiali ignifughi, che riducono la probabilità che il materiale raggiunga la temperatura di decomposizione termica attraverso l'accumulo di calore e la conduttività termica.
- La decomposizione termica del ritardante di fiamma assorbe calore, rallentando o sospendendo l'aumento della temperatura del materiale ritardante di fiamma.
- Quando il materiale ignifugo brucia, genera sulla sua superficie uno strato poroso di carbonio che è difficile da bruciare, isola dal calore e dall'ossigeno e impedisce al gas combustibile di entrare nella fase gassosa.
Meccanismo ritardante di fiamma – interruzione dello scambio termico meccanismo ritardante di fiamma
Il meccanismo ritardante di fiamma a scambio termico interrotto significa che parte del calore generato dalla combustione del materiale ritardante di fiamma viene sottratto, cosicché il materiale non può mantenere la temperatura di decomposizione termica e quindi non può mantenere la produzione di gas combustibili, quindi la combustione è autoestinguente.
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