Sugriežtinus pasaulinius aplinkosaugos reglamentus ir gilėjant tvaraus vystymosi koncepcijoms,antipirenai be halogenųtapo pagrindiniu polimerinių medžiagų antipireno modifikavimo pasirinkimu. Palyginti su tradiciniais halogenintais antipirenais, sistemos, kuriose nėra halogenų, degimo metu išskiria mažiau dūmų ir ėsdinančių dujų bei neišskiria toksiškų dioksinų tipo medžiagų. Tačiau įvairūs antipirenai be halogenų, pavyzdžiui, fosforo, azoto pagrindu, metalų hidroksidai ir plėtimosi tipai, rinkoje turi skirtingas savybes. Kaip moksliškai pasirinkti pagal medžiagų sistemas ir taikymo scenarijus tapo pagrindine technika, su kuria susiduria. Šiame straipsnyje bus analizuojama kelių dimensijų behalogeninių antipirenų pasirinkimo logika.
Antipirenai be halogenų daugiausia veikia dviem būdais: dujinės fazės antipirenai skyla ir susidaro nedegios dujos (tokios kaip azotas ir vandens garai), kurios skiedžia deguonį ir degias dujas; Kondensuotos fazės antipirenas sudaro anglies sluoksnį ant medžiagos paviršiaus, izoliuodamas šilumos ir deguonies perdavimą. Fosforo pagrindu pagaminti antipirenai (tokie kaip fosfato esteriai ir amonio polifosfatas) daugiausia veikia kondensuotoje fazėje, o azoto pagrindu pagaminti antipirenai (pvz., melaminas ir jo dariniai) veikia daugiau per dujų fazę. Šio esminio skirtumo supratimas yra pirmasis žingsnis renkantis.
Vienu antipirenu dažnai nepavyksta pasiekti norimo efekto. Fosforo azoto sinergetinė sistema yra pats klasikinis derinys, kuriame amonio polifosfatas (rūgšties šaltinis) naudojamas kartu su melaminu (dujų šaltinis), kad susidarytų tankus išsiplėtęs anglies sluoksnis, žymiai pagerinantis antipireno efektyvumą. Metalo hidroksidus (aliuminio hidroksidą, magnio hidroksidą) reikia pridėti daug (dažniausiai 50-60%), tačiau, jei jie derinami su nedideliu kiekiu sinergistų, tokių kaip organinis silicis ir cinko boratas, galima sumažinti pridedamą kiekį ir pagerinti mechanines savybes.
Poliniai polimerai (tokie kaip PA ir PBT) gerai suderinami su poliniais antipirenais (pvz., fosforo pagrindu) ir gali būti sujungti cheminėmis arba vandenilinėmis jungtimis, vienodai dispersiškai ir minimaliai paveikiant mechanines savybes. Nepoliniai poliolefinai (PP, PE) labiau tinka naudoti paviršiuje modifikuotus metalų hidroksidus arba mikrokapsuliuotus antipirenus, kad pagerintų sąsajų sukibimą.
Terminis stabilumas yra pagrindinis techninis rodiklis.Aliuminio hidroksidaspradeda irti aukštesnėje nei 200 ℃ temperatūroje, todėl netinka apdirbti inžinerinius plastikus, kurių temperatūra viršija 200 ℃. Medžiagoms, tokioms kaip PBT ir PA6, kurių apdorojimo temperatūra yra 240–280 ℃, reikia pasirinkti didelio terminio stabilumo fosforo pagrindu pagamintus antipirenus (pvz., hipofosfatus) arba paviršių padengtą magnio hidroksidą.
Skaidriems gaminiams (pvz., PC, PMMA) reikia pasirinkti antipirenus su lūžio rodiklio atitikimu. Organiniai silikoniniai antipirenai turi palyginti nedidelį poveikį skaidrumui, o metalų hidroksidai gali sukelti stiprų purškimą. Dalelių dydžio kontrolė yra labai svarbi, o submikroninio lygio liepsną slopinančios dispersijos gali kiek įmanoma sumažinti šviesos sklaidą.
Ribojantis deguonies indeksas (LOI) ir kūgio kalorimetrijos testas yra pagrindiniai vertinimo metodai. Kuo didesnė LOI vertė, tuo sunkiau medžiaga degti ore (paprastai > 28 % laikomi antipirenais). Kūgio kalorimetras gali gauti kinetinius parametrus, tokius kaip didžiausias šilumos išsiskyrimo greitis (pHRR) ir bendras šilumos išsiskyrimo greitis (THR), moksliškai atspindinčius veikimą realių gaisrų scenarijuose.
Antipirenų pridėjimas neišvengiamai paveikia mechanines savybes. Paviršiaus modifikavimo metodai, tokie kaip silano jungiamosios medžiagos ir apdorojimas titano rūgšties esteriu, gali pagerinti sąsajų sukibimą; Dalelių dydžio optimizavimas (1-5 μm yra optimalus) ir morfologijos kontrolė (lakštinis magnio hidroksidas yra pranašesnis už kubinį) gali sumažinti įtempių koncentracijos taškus. Norėdami optimizuoti antipirenų, kietinamųjų medžiagų ir tepalų santykį, rekomenduokite naudoti eksperimentines konstrukcijas, pvz., Taguchi metodą.
Ugnies sulaikymo greitis po drėgno karščio (85 ℃/85 % santykinio drėgnumo) ir UV senėjimo yra raktas į praktinį pritaikymą. Kai kurie fosfato esterio antipirenai kelia hidrolizės pavojų ir reikalauja mikrokapsuliavimo arba molekulinės struktūros modifikavimo (aromatinių žiedų įvedimo), kad padidintų patvarumą.
Sluoksniuoti dvigubi hidroksidai (LDH), montmorilonitas ir kitos nanomedžiagos gali žymiai sumažinti šilumos išsiskyrimo greitį, kai pridedama 3-5%, ir turi mažai įtakos mechaninėms savybėms, tačiau dispersijos problemą reikia išspręsti. Anglies nanovamzdeliai / grafenas gali sudaryti trimatį tinklo anglies sluoksnį, kuris yra nauja efektyvaus dūmų slopinimo ir liepsnos slopinimo kryptis.
Antipirenai, gauti iš biomasės, pavyzdžiui, fitino rūgštis, krakmolas ir ligninas, palaipsniui tampa praktiški. Šios medžiagos pasižymi dideliu anglies kiekiu, geromis karbonizacijos savybėmis ir atitinka žiedinės ekonomikos koncepciją. Nors efektyvumą dar reikia gerinti, jie pradėti taikyti srityse, kurioms keliami itin aukšti aplinkosaugos reikalavimai.
Tobulėjant medžiagų modeliavimo technologijoms (molekulinė dinamika, mašininio mokymosi numatymas), antipirenų pasirinkimas pereina nuo empirinio bandymo ir klaidų prie racionalaus projektavimo. Ateityje pažangios antipireno sistemos, kuriose derinamas didelis efektyvumas, mažas toksiškumas ir daug funkcijų (dūmų slopinimas, apsauga nuo lašėjimo ir pagerinimas), taps moksliniais tyrimais ir plėtra, o gilus medžiagų, antipirenų ir procesų sąveikos supratimas visada bus technologinis kertinis akmuo priimant geriausius sprendimus.
