Priešgaisrinės saugos moksle „dūmų slopinimas“ ir „liepsnos slopinimas“ yra vienodai svarbūs, tačiau jų pagrindiniai tikslai yra skirtingi mechanizmai.Cinko boratas(pavyzdžiui, dažniausiai naudojamą 2ZnO·3B2O3·3,5H2O) yra plačiai pripažintas kaip efektyvus dūmus slopinantis sinergiklis. Jo išskirtinis veikimas yra ne dėl vieno veiksmo, o dėl kelių pakopų, daugiapakopės cheminės ir fizinės sinergijos, kuri vienu metu vyksta kondensacinėje ir dujų fazėje ir vyksta per visą degimo procesą. Šiame straipsnyje bus sistemingai analizuojama, kaip kontroliuoti dūmų susidarymą ir išleidimą iš šaltinio, sukuriant „trimatį dūmų slopinimo tinklą“.
Pirma, reikėtų paaiškinti, kad dūmai daugiausia yra aerozolis, sudarytas iš suspenduotų anglies dalelių (suodžių) ir kondensuotų organinių lašelių, susidarančių nevisiškai sudegus polimerams. Todėl dūmų slopinimo esmė yra:
1. Skatinkite visišką oksidaciją ir sumažinkite anglies dalelių susidarymą.
2. Užfiksuokite ir pritvirtinkite anglies daleles, kad jos nepabėgtų.
3. Pakeiskite degimo reakcijos kelią, kad sumažintumėte organinių lakiųjų medžiagų kiekį.
Cinko boratas rengia savo sistemingą dūmų slopinimo projektą aplink šiuos tris taškus.
Cinko borato dūmų slopinimo efektą galima aiškiai suskirstyti į tris nuolatinius temperatūros režimus, kuriuos galima tiksliai patikrinti atliekant dūmų tankio bandymą, naudojant termogravimetrinę infraraudonųjų spindulių spektroskopiją (TGA-FTIR) ir kūginį kalorimetrą.
Šiame temperatūros diapazone cinko boratas išskiria kristalinį vandenį:
· Mechanizmas ir funkcija:
·Aušinimas: vandens išgarinimas yra stiprus endoterminis procesas, kuris efektyviai atvėsina polimero matricą, sulėtina jos terminį skilimą ir taip sumažina degiųjų dujų ir dūmų pirmtakų susidarymo greitį.
·Fizinis skiedimas: Išsiskyrę vandens garai atskiedžia lakiųjų pirolizės produktų ir deguonies koncentraciją liepsnos zonoje, o tai ne tik padeda slopinti degimą, bet ir skatina kai kurių kondensuojamų lakiųjų komponentų oksidaciją dujų fazėje, todėl jie labiau linkę virsti CO ₂ ir H₂O, o ne suodžiais.
Tai pats svarbiausias žingsnis slopinant dūmus cinko boratu. Po dehidratacijos cinko metaboratas (2ZnO·3B2O3) išsilydo ir susidaro klampus, nepralaidus boro cinko deguonies lydalas, dengiantis polimero paviršių ir susidarantį anglies sluoksnį.
· Mechanizmas ir funkcija:
1. Fizinis barjeras ir gaudymas: šis išlydyto stiklo sluoksnis yra tarsi „lipnus filtras“, kuris gali efektyviai sugauti ir uždengti anglies daleles (suodžius) ir dervą panašias makromolekules, kurios išbėga iš polimero korpuso, užrakina jas kondensuotoje fazėje ir neleidžia joms patekti į dujų fazę, kad susidarytų dūmai.
2. Katalizinė oksidacija: Išlydyti boratai yra puikūs oksidacijos katalizatoriai. Jis gali katalizuoti gilų anglies dalelių ir organinių fragmentų, sugautų kondensuotų dujų fazės sąsajoje, oksidaciją, paversdamas jas CO ₂ ir taip tiesiogiai „pašalindamas“ potencialias dūmų medžiagas šaltinyje.
3. Anglies susidarymo skatinimas: šis stiklo sluoksnis gali stabilizuoti ir sustiprinti išsiplėtusio anglies sluoksnio struktūrą. Pilnesnis anglies sluoksnis reiškia, kad susidaro mažiau pirolizės degiųjų medžiagų, todėl netiesiogiai sumažėja dūmų išmetimas.
Esant aukštesnei temperatūrai, sistema galiausiai sudaro stabilų, porėtą, bet tvirtą likutinį sluoksnįcinko boratas/anglies/metalo oksido kompozitinė keramika.
·Mechanizmas ir funkcija: Šis liekamasis sluoksnis pasižymi itin dideliu šiluminiu stabilumu ir gali tarnauti kaip ilgalaikis šilumos izoliacijos barjeras, užkertantis kelią tolesniam vidinių medžiagų irimui bei vėlesnei dūmų susidarymui, užtikrinant ilgalaikį dūmų slopinimo efektyvumą.
Cinko borato dūmų slopinimo gebėjimas žymiai padidėja, kai jis yra sujungtas su kitais antipirenais, o tai atspindi pagrindinę jo, kaip sinergetinės medžiagos, vertę.
· Sinergetinis poveikis su halogenais (pvz., Cl PVC):
· Halogenintose sistemose cinko boratas gali reaguoti su išsiskiriančiais vandenilio halogenidais (HCl), sudarydamas cinko chloridą (ZnCl₂) ir boro oksichloridą.
· ZnCl₂ yra stipresnis Lewis rūgšties katalizatorius, galintis aktyviau katalizuoti polimerų (pvz., PVC) kryžminimo ir aromatizavimo reakcijas, skatinant greitą tankaus anglies sluoksnio (t. y. „katalizinio anglies“) susidarymą, taip slopindamas suodžių susidarymą ankstesniame etape. Tai klasikinis „boro cinko halogeno“ trijų sinergetinių dūmų slopinimo mechanizmas.
·Sinerginis poveikis su metalų hidroksidais (ATH/MDH):
· Yra gera koreliacija tarp cinko borato irimo temperatūros ir ATH/MDH. ATH/MDH skaido ir sugeria šilumą, dehidratuoja ir slopina dūmus žemesnėje temperatūroje (~200-300 ℃), o cinko boratas toliau veikia aukštesnėje temperatūroje (~300-500 ℃), sudarydamas "temperatūros relę" ir išplėsdamas viso dūmų slopinimo efekto efektyvų temperatūros diapazoną.
1. Dalelių dydis ir dispersija: Itin smulkus ir tolygiai paskirstytas cinko boratas gali užtikrinti didesnį reakcijos specifinį paviršiaus plotą, todėl išlydyto stiklo sluoksnis padengiamas greičiau ir tankiau, o dūmų slopinimo efektyvumas yra didesnis.
2. Hidratacijos būsena: Trihidrato, monohidrato ir bevandenio cinko borato skilimo temperatūra ir lydymosi elgsena skiriasi, todėl, siekiant optimizuoti etapo sinergiją, reikia pasirinkti atitiktį pagal polimerinės matricos skilimo temperatūrą.
3. Papildymo suma: yra optimalaus papildymo sumos langas. Per žemas, kad susidarytų vientisas ir efektyvus dengiantis sluoksnis; Per didelės vertės gali turėti įtakos mechaninėms medžiagų savybėms ir nebelabai pagerinti dūmų slopinimo efektyvumo.
Kūgio kalorimetro bandymas yra auksinis standartas dūmų slopinimo efektyvumui įvertinti. Pridėjus aukštos kokybės cinko borato polimerinių medžiagų, dažniausiai pasikeičia šie duomenys:
·Ypatingas išnykimo plotas (SEA) ir dūmų susidarymo greitis (SPR) žymiai sumažėjo (iki 30% -60%).
· Bendras dūmų išsiskyrimas (TSR) žymiai sumažėjo.
·Liktinės anglies mikrostruktūra (SEM stebėjimas) rodo tankesnę, ištisinę ir stiklinę paviršiaus struktūrą.
Apibendrinant galima pasakyti, kad dūmų slopinimo mechanizmascinko boratasnėra paprastas vienos cheminės reakcijos rezultatas, o labiau kruopščiai sukurta „daugiapakopė gynybos sistema“:
·Ankstyvoji stadija (endoterminis skiedimas): dūmų pirmtakų gamybos stabdymas fizinėmis ir cheminėmis priemonėmis.
·Vidurinė stadija (lydymosi katalizė): sugaukite ir paverskite dūmų daleles sąsajoje per fizinį gaudymą ir cheminę katalizę.
· Vėlesnė stadija (stabilus barjeras): sudarydamas stabilią likutinę anglį, jis apsaugo nuo nuolatinio dūmų susidarymo.
Jis puikiai įkūnija „sinergetinės medžiagos“ vaidmenį – gali savarankiškai atlikti puikią dūmų slopinimo funkciją sistemose, kuriose nėra halogenų, taip pat gali padidinti bendrą dūmų slopinimo ir antipireno efektyvumą sistemoje iki naujo aukščio cheminėmis reakcijomis su kitais komponentais halogenintose arba neorganinėse užpildymo sistemose.
Todėl medžiagų projektuotojams, kurie siekia aukštesnio priešgaisrinės saugos lygio (ne tik nedegios, bet ir mažo dūmingumo bei mažo toksiškumo), cinko boratas yra ne pasirinkimas, o būtinas pasirinkimas, pagrįstas pasauline degimo chemijos perspektyva. Tai pažangi dizaino koncepcija – nuo pasyvios antipireno iki aktyvios, švarios ir ugniai atsparios.
Ar jūsų polimerinės medžiagos turi atitikti griežtus toksiškumo dūmams standartus (pvz., EN 45545, NFPA 130)? Galime pasiūlyti išsamų sprendimą – nuo geriausio cinko borato modelio parinkimo, mišinių schemų kūrimo iki viso kūgio kalorimetro komplekto dūmų slopinimo veiksmingumo patikrinimo, padedame jūsų gaminiui pasiekti dvigubą lyderio poziciją saugos ir aplinkos apsaugos srityse.
