در علم ایمنی آتش سوزی، «سرکوب دود» و «بازدارندگی شعله» به یک اندازه مهم هستند، اما مکانیسم های متفاوتی به عنوان اهداف اصلی دارند.بورات روی(با استفاده از متداول ترین 2ZnO·3B2O3·3.5H2O به عنوان مثال) به طور گسترده ای به عنوان یک هم افزایی سرکوب کننده دود کارآمد شناخته شده است. عملکرد فوق العاده آن به دلیل یک عمل واحد نیست، بلکه نتیجه یک هم افزایی شیمیایی و فیزیکی چند مرحله ای و چند مقیاسی است که به طور همزمان در فاز متراکم و فاز گاز رخ می دهد و در کل فرآیند احتراق انجام می شود. این مقاله به طور سیستماتیک چگونگی کنترل تولید و انتشار دود از منبع را با ساخت یک "شبکه سه بعدی مهار دود" تجزیه و تحلیل می کند.
اولاً، باید روشن شود که دود عمدتاً یک آئروسل است که از ذرات کربن معلق (دوده) و قطرات آلی متراکم ایجاد شده توسط احتراق ناقص پلیمرها تشکیل شده است. بنابراین، هسته مهار دود در موارد زیر است:
1. ترویج اکسیداسیون کامل و کاهش تولید ذرات کربن.
2. ذرات کربن را گرفته و ثابت کنید تا از فرار آنها جلوگیری شود.
3. مسیر واکنش احتراق را برای کاهش مواد فرار آلی تغییر دهید.
بورات روی در حال توسعه پروژه سیستماتیک سرکوب دود خود در اطراف این سه نقطه است.
اثر سرکوب دود بورات روی را می توان به وضوح به سه مرحله پیوسته مبتنی بر دما تقسیم کرد، که می توان آن را با دقت از طریق آزمایش چگالی دود با استفاده از طیف سنجی فروسرخ گرماگرا (TGA-FTIR) و کالری سنج مخروطی تأیید کرد.
در این محدوده دما، بورات روی آب کریستالی خود را آزاد می کند:
· مکانیسم و عملکرد:
·خنک کردن: تبخیر آب یک فرآیند گرماگیر قوی است که به طور موثر ماتریس پلیمری را خنک می کند، تجزیه حرارتی آن را کند می کند و در نتیجه سرعت تولید گازهای قابل احتراق و پیش سازهای دود را کاهش می دهد.
· رقت فیزیکی: بخار آب آزاد شده غلظت محصولات فرار در اثر حرارت و اکسیژن را در منطقه شعله رقیق می کند، که نه تنها به سرکوب احتراق کمک می کند، بلکه باعث اکسیداسیون فاز گاز برخی از اجزای فرار قابل چگالش می شود و آنها را به جای تبدیل به CO 2 و H2 بیشتر متمایل می کند.
این مهم ترین مرحله در سرکوب دود با بورات روی است. پس از آبگیری، متابورات روی (2ZnO·3B2O3) ذوب می شود و یک مذاب شیشه ای بر روی اکسیژن روی چسبناک و غیرقابل نفوذ تشکیل می دهد که سطح پلیمر و لایه کربن تشکیل شده را می پوشاند.
· مکانیسم و عملکرد:
1. مانع فیزیکی و جذب: این لایه از شیشه مذاب مانند یک "فیلتر چسبنده" است که می تواند ذرات کربن (دوده) و قطران مانند ماکرومولکول هایی را که از بدنه پلیمر خارج می شوند، جذب و محصور کند و آنها را در فاز متراکم قفل کرده و از ورود آنها به فاز گاز برای تشکیل دود جلوگیری کند.
2. اکسیداسیون کاتالیزوری: بورات های مذاب کاتالیزورهای اکسیداسیون عالی هستند. این می تواند اکسیداسیون عمیق ذرات کربن و قطعات آلی گرفته شده توسط آن را در فصل مشترک فاز گاز متراکم کاتالیز کند و آنها را به CO2 تبدیل کند و در نتیجه مستقیماً مواد دود بالقوه را در منبع "از بین ببرد".
3. ترویج تشکیل زغال چوب: این لایه شیشه ای می تواند ساختار لایه زغال سنگ منبسط شده را تثبیت و تقویت کند. یک لایه زغال کامل تر به این معنی است که مواد احتراق کمتری تولید می شود که به طور غیرمستقیم انتشار دود را کاهش می دهد.
در دماهای بالاتر، سیستم در نهایت یک لایه باقیمانده پایدار، متخلخل اما مقاوم را تشکیل می دهد.بورات رویسرامیک کامپوزیت /کربن/اکسید فلز.
· مکانیسم و عملکرد: این لایه باقیمانده دارای پایداری حرارتی بسیار بالایی است و می تواند به عنوان یک مانع طولانی مدت برای عایق حرارتی عمل کند، از تجزیه بیشتر مواد داخلی و تولید بعدی دود جلوگیری کند و از اثربخشی طولانی مدت سرکوب دود اطمینان حاصل کند.
توانایی سرکوب دود بورات روی به طور قابل توجهی افزایش می یابد که با سایر مواد بازدارنده شعله ترکیب شود، که ارزش اصلی آن را به عنوان یک عامل هم افزایی منعکس می کند.
· اثر هم افزایی با هالوژن ها (مانند کلر در PVC):
· در سیستم های هالوژنه، بورات روی می تواند با هالیدهای هیدروژن آزاد شده (HCl) واکنش داده و کلرید روی (ZnCl2) و بور اکسی کلرید تولید کند.
· ZnCl2 یک کاتالیزور اسید لوئیس قوی‌تر است که می‌تواند واکنش‌های اتصال عرضی و آروماتیزاسیون پلیمرها (مانند PVC) را با شدت بیشتری کاتالیز کند، و تشکیل سریع یک لایه زغال سنگ متراکم (یعنی "ذرات کاتالیزوری") را تقویت می‌کند و در نتیجه از تولید دوده در مراحل اولیه جلوگیری می‌کند. این یک مکانیسم کلاسیک "بور روی هالوژن" سه تایی سرکوب دود است.
· اثر هم افزایی با هیدروکسیدهای فلزی (ATH/MDH):
· همبستگی خوبی بین دمای تجزیه بورات روی و ATH/MDH وجود دارد. ATH/MDH گرما را تجزیه و جذب می کند، دود را در دماهای پایین تر (~ 200-300 درجه سانتیگراد) از بین می برد و دود را سرکوب می کند، در حالی که بورات روی در دماهای بالاتر (~ 300-500 درجه سانتیگراد) به عملکرد خود ادامه می دهد، "رله دما" را تشکیل می دهد و محدوده دمای موثر کل اثر سرکوب دود را گسترش می دهد.
1. اندازه ذرات و پراکندگی: بورات روی بسیار ریز و به طور یکنواخت پراکنده می‌تواند سطح ویژه واکنش بزرگ‌تری را فراهم کند، و باعث می‌شود لایه شیشه مذاب سریع‌تر و متراکم‌تر بپوشد و راندمان سرکوب دود بالاتری داشته باشد.
2. حالت هیدراتاسیون: دمای تجزیه و رفتار ذوب تری هیدرات، مونوهیدرات و بورات روی بی آب متفاوت است و انتخاب تطبیقی باید بر اساس دمای تجزیه ماتریس پلیمری انجام شود تا هم افزایی مرحله بهینه شود.
3. مقدار اضافه: یک پنجره مقدار اضافه بهینه وجود دارد. بسیار کم برای تشکیل یک لایه پوشش مستمر و موثر. مقادیر بیش از حد ممکن است خواص مکانیکی مواد را تحت تاثیر قرار دهد و دیگر به طور قابل توجهی کارایی سرکوب دود را بهبود ندهد.
تست کالریمتر مخروطی استاندارد طلایی برای تعیین کمیت عملکرد سرکوب دود است. افزودن مواد پلیمری روی بورات با کیفیت بالا معمولاً منجر به تغییرات داده های زیر می شود:
· منطقه ویژه انقراض (SEA) و نرخ تولید دود (SPR) به طور قابل توجهی کاهش یافته است (تا 30٪ -60٪).
· انتشار دود کل (TSR) به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
· ریزساختار کربن باقیمانده (مشاهده SEM) ساختار سطحی متراکم تر، پیوسته و شیشه ای را نشان می دهد.
به طور خلاصه، مکانیسم سرکوب دود ازبورات رویاین یک نتیجه ساده از یک واکنش شیمیایی نیست، بلکه یک "سیستم دفاعی چند مرحله ای" با دقت طراحی شده است:
·مرحله اولیه (رقت گرماگیر): تأخیر در تولید پیش سازهای دود از طریق روش های فیزیکی و شیمیایی.
· مرحله میانی (کاتالیز مذاب): جذب و تبدیل ذرات دود در سطح مشترک از طریق به دام انداختن فیزیکی و کاتالیز شیمیایی.
·مرحله بعدی (سد پایدار): با تشکیل کربن باقیمانده پایدار، از تولید مداوم دود جلوگیری می کند.
این به طور کامل نقش یک "عامل هم افزایی" را نشان می دهد - می تواند به طور مستقل عملکرد عالی سرکوب دود را در سیستم های بدون هالوژن اعمال کند و همچنین می تواند از طریق واکنش های شیمیایی با اجزای دیگر در سیستم های پرکننده هالوژنه یا غیر آلی، کارایی سیستم را در مهار دود و بازدارنده شعله به ارتفاع جدیدی افزایش دهد.
بنابراین، برای طراحان مواد که سطوح بالاتر ایمنی در برابر آتش را دنبال می کنند (نه تنها غیر قابل احتراق، بلکه دود کم و سمیت کم)، بورات روی یک گزینه نیست، بلکه یک گزینه ضروری بر اساس دیدگاه جهانی شیمی احتراق است. این یک مفهوم طراحی پیشرفته از بازدارنده غیرفعال شعله تا فعال، تمیز و مقاوم در برابر آتش را نشان می دهد.
آیا مواد پلیمری شما باید با استانداردهای سختگیرانه سمیت دود (مانند EN 45545، NFPA 130) مطابقت داشته باشند؟ ما می‌توانیم راه‌حلی کامل از انتخاب بهترین مدل بورات روی، طراحی طرح‌های ترکیب‌سازی تا تأیید عملکرد مهار دود مجموعه کامل کالری‌سنج مخروطی ارائه دهیم که به محصول شما کمک می‌کند تا در ابعاد ایمنی و حفاظت از محیط زیست به رهبری دوگانه دست یابد.
