Реферати українською » Химия » Компоненти, що володіють властивостями знижувати горючість полімерних матеріалів


Реферат Компоненти, що володіють властивостями знижувати горючість полімерних матеріалів

Страница 1 из 3 | Следующая страница

>РЕФЕРАТ

На тему: «Компоненти, які мають властивості знижувати горючість полімерних матеріалів»

>Омск-2011


Зміст

Запровадження

1.Горение полімерів і полімерних матеріалів

2. Методи зниженнягорючести полімерних матеріалів

3. Речовини зниженнягорючести полімерів

3.1 Класифікація речовин які уповільнюють горіння полімерних матеріалів

3.2 Застосуванняантипиренов

3.2.1 Механізм діїантипиренов

3.2.2 Ринокантипиренов

3.3 Застосування наповнювачів

Укладання

>Библиографический список


Запровадження

Щороку пожежі завдають економіці країни збитки сплачують у сотні мільйонів карбованців. Під час згоряння полімерних матеріалів виділяється дуже багато токсичних газів, згубно діючих на чоловіки й довкілля. Загибель у пожежі о пів випадків визначається саме отруєнням токсичними продуктами горіння полімерів.

Прогрес створення промисловому виробництві полімерів має негативну бік, зумовлену високоїгорючестью більшості випущених полімерів, у результаті за її впровадженні підвищується загальна пожежонебезпека.

Пожежна небезпека полімерних матеріалів і виробів із них визначається техніці такими характеристиками:

1)горючестью, тобто здатністю матеріалу загорятися, підтримувати та поширювати процес горіння.Горючесть включає у собі такі величини:

         а) температуру запалення чисамовоспламенения;

         б) швидкості вигоряння і публічного поширення полум'я поверхнею;

         в) граничні параметри, що характеризують умови, за яких можливийсамоподдерживающийся процес горіння, наприклад склад атмосфери (кисневий індекс) чи температура (температурний індекс).

2)димовиделением при горінні і вплив полум'я;

3) токсичністю продуктів горіння і піролізу – розкладання речовини під впливом високих температур;

4)огнестойкостью конструкції, тобто здатністю зберігати фізико-механічні (міцність, жорсткість) і функціональні властивості вироби при вплив полум'я.

Слід зазначити, що названі вище характеристики пожежної небезпеки, ігорючести часто є суперечливими та поліпшення однієї з властивостей може супроводжуватися погіршенням інших. Запровадження добавок, речовин, знижують пожежну небезпека полімерних матеріалів, зазвичай призводить до деякому погіршення фізико-механічних, діелектричних та інших експлуатаційних і технологічних властивостей, і навіть підвищенню вартості матеріалу. Тому зниження пожежної небезпеки полімерних матеріалів є саме по оптимізації комплексу характеристик створюваного матеріалу.

Розглянемо основні речовини, застосовувані зниженнягорючести полімерів і полімерних композитів.


1.Горение полімерів і полімерних матеріалів

>Горение полімерів є дуже складний фізико-хімічний процес (схема 1), до складу якого як хімічних реакції деструкції, зшивання ікарбонизации полімеру в конденсованої фазі (і навіть, хімічні реакції перетворення і окислення газових продуктів), і фізичні процеси інтенсивних тепло - імассопередачи. Реакції в конденсованої фазі фактично призводять до двом основним типам продуктів:

1) газоподібним речовин (пальним інегорючим);

2) твердим продуктам (>углеродсодержащим і мінеральним).

Схема 1. Схема горіння полімерних матеріалів.

При протікання реакції у газовій фазі впредпламенной області утворюються паливо для полум'я, сажа тощо. Специфічною особливістю хіміїпламен, служить наявність складного просторового розподілу температури і концентрацій вихідних і проміжних речовин і продуктів, і навіть більшість полімерів (тим паче полімерних матеріалів) – наявність величезної кількості різноманітних продуктів деструкції як і конденсованій, і у газової,предпламенной області. Усе це надзвичайно утрудняє експериментальні дослідження та створення суворих кількісних теорій процесів горіння полімерів, які враховували все хімічні інші особливості конкретних систем.

Для горіння більшості полімерних матеріалів характерні деякі загальні якісні закономірності.

Процеси горіння полімерів діляться на звичайне газове ігетерогенное горіння, чи тління. У першому випадку більшість тепла, відповідального у підтриманні самостійного хімічного перетворення, виділяється у газовій фазі при окислюванні газоподібних продуктів деструкції полімеру. У цьому область максимальної швидкості виділення тепла (газове полум'я) зазвичай віддалений від поверхні на відстань порядку міліметрів і більше на залежність від конкретних умов горіння. Поверхня полімеру у разі виявляється значно холодніше області газового полум'я. Температури поверхні становлять 400 –650°С, а максимальні температури у газовій фазі досягають 1100 –1200°С і більше. При тлінні усе тепло виділяється, переважно, в поверхневому шарі конденсованої фази, що й спостерігаються максимальні температури (800 –900°С).

При горінні органічних полімерних матеріалів окислювачем є кисень повітря, а пальним – водень іуглеродсодержащие газоподібні продукти деструкції полімеру, які під час окислення перетворюються на води і вуглекислий газ чи – при неповному окислюванні – в чадний газ (ЗІ). Потоки пального й окислювача у разі просторово розділені, та хімічна реакція їх взаємодії зазвичай лімітується подачею реагентів до полум'я дифузією чиконвекцией. Газове полум'я носить теплової характер, тобто його існування визначається наявністю досить великої теплового ефекту при згорянні продуктів деструкції полімеру та сильною температурної залежністю швидкості реакції окислення (великого значення ефективної енергії активації). При горінні полімерів спостерігаються критичні явища, характерні взагалі для процесів горіння. Зниження температури полум'я за тими або іншим суб'єктам причин призводить доскачкообразному переходу від однієї режиму окислення – горіння – до іншого – дуже повільному окислювання. Ці режими різняться між собою за швидкостями на багато порядки. Тому можна говорити про існування критичних умов, визначальних кордону можливого горіння цього матеріалу. Слід зазначити, що це умови залежить від геометрії зразків і полум'я, температури полімеру та газової середовища проживання і є абсолютними характеристиками цього матеріалу. Однією з найхарактерніших прикладів практичного використання критичних явищ при горінні полімерів є експериментальний метод оцінки їхньоїгорючести, вперше запропонований англійським ученим Мартіном. Зразок у вигляді довгих брусків чи циліндрів діаметром близько10мм вміщують у вертикальну трубу, у якому знизу подають кисень і азот у різному співвідношенні. Зразок підпалюють згори спеціальної газової горілкою, після чого горілку прибирають, і живий взірець або продовжує самостійно горіти, згораючи практично остаточно, або швидко загасає. Такі досліди проводять при різному складі газової атмосфери, тобто різному співвідношенні кисню та азоту. Критична концентрація кисню в суміші (в про. %), вище за яку самостійне горіння можливо, а нижче немає, називається кисневим індексом (КП) і характеризує горючість цього матеріалу. Фізична суть методу у тому, що з зменшенні концентрації кисню зростає витрата тепла на нагрівання інертного газу – азоту, зменшується, температура полум'я і досягаються критичні умови горіння. Нині його широко використовується експериментаторами в усьому світі.

Аналіз процесу горіння, наведений на схемою 1, дозволяє зрозуміти й можливі шляхи зниженнягорючести полімерної матеріалу. Найчастіше неможливо домогтися, щоб органічний полімер став абсолютнонегорючим матеріалом, та не згоряв в інтенсивному вогні (пожежі). Проте оскільки більшість пожеж виникає відмалокалорийних джерел тепла і вогню – сигарет, сірників, свічок, короткого замикання. Тому дуже важливо понизити горючість полімеру, що він повільніше загорявся, повільніше поширювалося полум'я, а загоряння були потрібні би більш жорсткі умови (вищі значення температур, потоку енергії тощо.).


2. Методи зниженнягорючести полімерних матеріалів

Запровадження уповільнювачів горіння чи його сумішей залежить тільки від властивостей матеріалу і уповільнювача горіння, а й технології отримання матеріалів, умов запровадження уповільнювачів горіння у матеріал, наступної переробки матеріалу в вироби.

Усі методи зниженнягорючести засновані наступних принципах: 1) зміна теплового балансу полум'я рахунок збільшення різноманітних тепловтрат;

2) зниження потоку тепла від полум'я на полімер з допомогою створення захисних верств, приміром, із що утворюється коксу;

3) зменшення швидкості газифікації полімеру;

4) зміну співвідношення горючих інегорючих продуктів розкладання матеріалу на користьнегорючих.

Найпростіший спосіб зміни теплового балансу, збільшення втрат тепла – приклеювання полімеру дотеплопроводящего, наприклад, металевого, вироби. Якщо саме виріб досить масовано, а товщина полімеру дуже велика, то горючість конструкції то, можливо значно, нижче, ніж самого полімеру. Чим тонше шар полімеру, тим більше коштів втрати тепла через полімер в підкладку і тих на більш жорстких умов може статися самостійне горіння.

Введення у полімер інертних наповнювачів – один із способів зниженнягорючести полімерної матеріалу. Під інертними наповнювачами розуміють такі, які надають істотно складу і кількість продуктів піролізу полімерів у газовій фазі величину коксового залишку за умов горіння. Їх можна розділити на дві групи:

1) мінеральні наповнювачі, стійкі до температури1000°С – оксиди металів, фториди кальцію і літію, силікати, технічний вуглець, неорганічне скло,порошкообразние метали тощо.;

2) речовини,разлагающиеся при високих температурах нижче 400 –500°С з поглинанням тепла і звичайно із вуглекислого газу і/або водяної пари, аміаку –гидроксиди,карбонати,гидрокарбонати металів,аммонийфосфати тощо.

Інший спосіб збільшення втрат тепла та зниження температури полум'я – збільшення інфрачервоних променів. Якщо найбільш гарячої області полум'я немає твердих частинок, то поблизу краю горіння (>Тпл = 1000 –1100°С) втрати на випромінювання незначні. Проте за запровадження деяких сполук, у полімер, наприкладбромсодержащих іфосфорсодержащих сполук,трехокиси сурми разом ізгалоидуглеводородами, світність полум'я значно зростає з допомогою освіти сажі і чекає появи інших твердих частинок. Цікаво, що заодно зростає потік випромінювання від полум'я і полімер. Тому, хоча межі горіння зміщуються у бік підвищення кисневого індексу, швидкості горіння вище краю збільшуються під час введення таких сполук. Інакше кажучи, ці сполуки, з одного боку, інгібірують горіння (зрушують межі горіння), з другого, – можутьпромотировать його, збільшуючи швидкість вигоряння, чи поширення полум'я поверхнею полімеру.

Швидкість хімічної реакції окислення у газовій фазі може бути зменшена і шляхом хімічногоингибирования. Такий спосіб ефективний в досить великий частці ланцюгового процесу у реакціях газового полум'я. На жаль, більшість процесів горіння полімерів, очевидно, внесок ланцюгового процесу (чи довжина кінетичною ланцюга) невеликий, хоча експериментальних даних вочевидь не досить.

Ще одна із способів зниженнягорючести полімерних матеріалів – вплив на напрям деструкції полімеру у бік зростання кількості коксу.

не треба думати, що все ефект при освіті коксу зводиться тільки в зниження виходу палива. Освіта коксовій шапки лежить на поверхні полімеру між полум'ям іпиролизующимся матеріалом екранує останній від теплового потоку, змінює теплової баланс у бік зростання тепловтрат, наприклад, тепловтрат випромінюванням від поверхні коксу, яка більше нагрітої до значно більших температур, ніж поверхню полімеру, чиконвективних тепловтрат тощо.

Отже, освіту коксу в конденсованої фазі – важливий процес, який впливає на механізм горіння. Багатьом вуглеводневих полімерів відома тенденція: що більше коксу залишається за її піролізі, тим вони меншгорючи.

Ідея захисту матеріалу від вогню шляхом освіти з його поверхні коксовій “шапки” було доведено до кінця, коли почали розроблятимуться й застосовуватися званівспучивающиеся покриття. Ці покриття при вплив вогню утворюють пористийпенококс, збільшуючи свою товщину вдесятеро.Образующийся кокс має низьку теплопровідність, і певний час захищає основний матеріал чи конструкцію від теплового потоку.Вспучивающиеся покриття є складні композиції, які з полімерної зв'язувальної цілого ряду добавок задля забезпеченнявспенивания, необхідної в'язкості і швидкоїкарбонизации при нагріванні.

Останніми роками інтенсивна розбудова одержало запровадженняантипиренових добавок в полімерні композиції якмикрокапсул.Оболочка капсули виготовлено з полімеру, приміром, із желатину,поливинилового спирту, розміри її становлять десятки або сотню мікрон.Антипирени, використовувані цих цілей, можна розділити на дві групи: висококиплячі, температура кипіння яких перевищує температури розтинумикрокапсул, інизкокипящие, температура кипіння яких значно нижчі від температури розтинумикрокапсул. До першої групи ставляться, наприклад,трихлоретилфосфат ітрисдибромпропилфосфат. Механізм дії зводиться до інтенсифікації процесукоксообразования, збільшення кількості коксу та їїпористости, і навіть зниження проникності коксу для горючих рідких і газоподібних продуктів деструкції полімеру. Основний ефектмикрокапсулирования у разі полягає у поліпшенні сумісностіантипирена з полімером, тупику його “>випотевания” – виділення з полімеру при тривалої експлуатації і підвищення фізико-механічних властивостей матеріалу.


3. Речовини, які знижуватимуть горючість полімерів і полімерних матеріалів

3.1 Класифікація речовин які уповільнюють горіння полімерних матеріалів

Речовини, які вповільнюють горіння матеріалів, можна класифікувати:

1) з вигляду речовин, які уповільнюють горіння;

2) за призначенням;

3) за механізмом дії матеріалі;

4) по основному чинному елементу чи угрупованню взамедлителе горіння чимодифицирующем агента.

Класифікація речовин, які уповільнюють горіння, приведено нижче.

По виду речовин, які уповільнюють горіння:

1.Замедлители горіння (первинні чи основні; активатори чисинергисти; речовини, які змінюють фізичну картину процесів горіння);

2. Суміші уповільнювачів горіння чиантипирирующие склади,синергические суміші;

3.Антипирирующие модифікатори.

За призначенням:

1. Речовини загального призначення;

2. Речовини, застосовувані окремих видів матеріалів (гум, тканин, пінопластів, пластмас та інших матеріалів);

3. Речовини, використовувані окремих полімерів чи класів полімерів.

По механізму дії:

1. Каталізатори коксування; речовини, які б освіті лежить на поверхні матеріалу коксу;

2.Ингибитори горіння (у газовій фазі);

3. Речовини, які знижуватимуть температуру поверхні матеріалу.

За основним чинному елементу чи угрупованню:

1.Фосфор-, азот-, галоген -, сіро -, бір-, сурму -кремнийсодержащие сполуки.

2. Речовини, містять фосфор і галоген, чи фосфор і азот, й інші чи більш діючих елементів чи угруповань (комбіновані сполуки).

3. Речовини, містятьаллильние групи,гетероцикли,пероксидние групи та інші угруповання, які б процесам зшивання, коксування.

4. Речовини, містять пов'язану воду,карбонати та інші сполуки, руйнація яких супроводжуєтьсяфазовими переходами (>гидроксиди алюмінію чи інших металів,борати ікарбонати металівщелочноземельних).

5. Комплексні сполуки, оксиди і солі металів перемінної валентності, які бкоксованию (сполукиРе,Сu, V та інших.).

Уявімо цю класифікацію в таблиці 1, з коротким описом застосування і механізму дії.


Таблиця 1. Класифікація речовин по основному чинному елементу чи угрупованню

3.2 Застосуванняантипиренов

Аналіз наукової і патентної інформації про застосування різних речовин, зниженнягорючести полімерних матеріалів показує, щоантипиренам зазвичай відносять неорганічні і органічні речовини, які перебувають у молекулах такі елементи, якгалогени, фосфор, азот, бір, метали, угруповання з тим або іншим поєднанням цих елементів.

Виділення потенційнихантипиренов з величезної кількості існуючих сполук грунтується суто емпіричну основі. Проте, вона дозволяє відокремити застосуванняантипиренов самостійна направлення у зниженнігорючести полімерних матеріалів. Водночас це стимулює виявлення спільних рис у механізмі діїантипиренов, обумовлених наявністю згаданих елементів. Важливе значення, набувають кількісні критерії ефекту діїантипиренов, порівняльна оцінка ефективності різнихантипиренов.

Підрозділантипиренов на дві групи — інертні іреакционно-способние — є умовним використовується лише до конкретногополимерному субстрату і конкретним умовам отримання матеріалу.Реакционно-способнимиантипиренами в переважній більшості є органічні чиелементоорганические сполуки.Неорганическиеантипирени входять умакромолекулярную структуру полімеру рідко, лише за про наявність у ньому груп, які забезпечують хімічне взаємодія компонентів (наприклад, прихелатообразовании). Інертніантипирени, чиантипирениаддитивного типу, але обсягу споживання виробництві полімерних матеріалів займають провідне становище. У тому числі першому місці стоять неорганічні

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація