กลไกการหน่วงไฟ

กลไกการออกฤทธิ์ของสารหน่วงการติดไฟมีความซับซ้อนและยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าสารประกอบฮาโลเจนสลายตัวเมื่อสัมผัสกับไฟและความร้อน ปล่อยไอออนเฮไลด์ที่ทำปฏิกิริยากับโพลีเมอร์เพื่อผลิตไฮโดรเจนเฮไลด์ ไฮโดรเจนเฮไลด์เหล่านี้ทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิล (HO·) จำนวนมากที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ ซึ่งลดความเข้มข้นลงและทำให้อัตราการเผาไหม้ช้าลงจนกระทั่งเปลวไฟดับ ในบรรดาฮาโลเจน โบรมีนมีฤทธิ์หน่วงไฟ-มากกว่าคลอรีน ฟอสฟอรัส-ที่มีสารหน่วงไฟทำงานโดยสร้างกรดเมตาฟอสฟอริกในระหว่างการเผาไหม้ กรดเมตาฟอสฟอริกจะรวมตัวเป็นโพลีเมอร์ที่มีความเสถียรมาก โดยสร้างชั้นป้องกันบนพลาสติกและแยกออกจากออกซิเจน

สารหน่วงไฟทำให้เกิด-สารหน่วงไฟผ่านกลไกหลายอย่าง เช่น ปฏิกิริยาดูดความร้อน การปกปิดผลกระทบ การยับยั้งปฏิกิริยาลูกโซ่ และผลกระทบจากการหายใจไม่ออกของก๊าซที่ไม่-ติดไฟ สารหน่วงการติดไฟส่วนใหญ่บรรลุจุดประสงค์ในการหน่วงไฟ-โดยอาศัยการทำงานร่วมกันของกลไกต่างๆ

1. การกระทำแบบดูดความร้อน
เหตุใดจึงควรย้ายออกไปทันทีเมื่อเห็นควันสีแดงจากเครื่องบิน? ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้จะถูกจำกัดในเวลาอันสั้น หากส่วนหนึ่งของความร้อนที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดไฟสามารถดูดซับได้ในระยะเวลาอันสั้น อุณหภูมิของเปลวไฟจะลดลง ความร้อนที่แผ่ไปยังพื้นผิวที่ลุกไหม้ลดน้อยลง และส่งผลต่อโมเลกุลที่ติดไฟได้ซึ่งกลายเป็นไออยู่แล้วเพื่อสลายพวกมันให้กลายเป็นอนุมูลอิสระ ซึ่งจะไปยับยั้งปฏิกิริยาการเผาไหม้ได้ในระดับหนึ่ง ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง- สารหน่วงการติดไฟจะเกิดปฏิกิริยาดูดความร้อนอย่างรุนแรง โดยดูดซับความร้อนบางส่วนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ ลดอุณหภูมิพื้นผิวของวัสดุที่ติดไฟได้ ยับยั้งการก่อตัวของก๊าซไวไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันการแพร่กระจายของการเผาไหม้ กลไกการหน่วงไฟ-ของสารหน่วงการติดไฟ Al(OH)3 คือการเพิ่มความจุความร้อนของโพลีเมอร์ เพื่อให้สามารถดูดซับความร้อนได้มากขึ้นก่อนที่จะถึงอุณหภูมิการสลายตัวเนื่องจากความร้อน ซึ่งจะช่วยปรับปรุง-ประสิทธิภาพของสารหน่วงไฟ สารหน่วงการติดไฟเหล่านี้ใช้คุณลักษณะในการดูดซับความร้อนปริมาณมากอย่างเต็มที่เมื่อรวมกับไอน้ำ ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการหน่วงไฟ-ของตัวมันเอง

2. เอฟเฟกต์การปกปิด

หลังจากเติมสารหน่วงไฟลงในวัสดุที่ติดไฟได้ สารหน่วงไฟสามารถก่อตัวเป็นชั้นเคลือบโฟมที่เป็นแก้วหรือคงตัวที่อุณหภูมิสูง แยกออกซิเจนและให้ฉนวน แยกออกซิเจน และป้องกันการหลบหนีของก๊าซที่ติดไฟได้ จึงบรรลุวัตถุประสงค์ของสารหน่วงไฟ ตัวอย่างเช่น สารหน่วงการติดไฟของกลุ่มออร์กาโนฟอสฟอรัส เมื่อได้รับความร้อนจะทำให้เกิดสารของแข็งที่เชื่อมโยงข้าม-หรือชั้นคาร์บอไนซ์ที่มีความเสถียรมากขึ้น การก่อตัวของชั้นคาร์บอไนซ์นี้สามารถป้องกันการไพโรไลซิสของโพลีเมอร์ได้อีก และป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนภายในเข้าสู่เฟสก๊าซและมีส่วนร่วมในกระบวนการเผาไหม้

3. การยับยั้งปฏิกิริยาลูกโซ่
ตามทฤษฎีปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเผาไหม้ อนุมูลอิสระจำเป็นต่อการเผาไหม้ต่อไป สารหน่วงการติดไฟสามารถออกฤทธิ์ใน-ช่วงการเผาไหม้ของก๊าซ ซึ่งจับอนุมูลอิสระในปฏิกิริยาการเผาไหม้ ดังนั้นจึงป้องกันการแพร่กระจายของเปลวไฟ ลดความหนาแน่นของเปลวไฟในบริเวณการเผาไหม้ และชะลอปฏิกิริยาการเผาไหม้ในที่สุดจนกว่าจะยุติลง ตัวอย่างเช่น สารหน่วงการติดไฟที่ใช้ฮาโลเจนมีอุณหภูมิการระเหยที่เท่ากันหรือใกล้เคียงกับอุณหภูมิการสลายตัวของโพลีเมอร์ เมื่อโพลีเมอร์สลายตัวเมื่อได้รับความร้อน สารหน่วงการติดไฟก็จะระเหยไปพร้อมกัน ในเวลานี้ สารหน่วงการติดไฟที่ใช้ฮาโลเจนและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนจะอยู่พร้อมกันในโซนการเผาไหม้ของเฟสก๊าซ- และฮาโลเจนสามารถดักจับอนุมูลอิสระในปฏิกิริยาการเผาไหม้ ซึ่งรบกวนปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเผาไหม้

4. ผลจากการสลบของก๊าซที่ไม่-ติดไฟ
เมื่อถูกความร้อน สารหน่วงการติดไฟจะสลายตัวเพื่อปล่อย-ก๊าซที่ไม่ติดไฟ ซึ่งจะทำให้ความเข้มข้นของก๊าซที่ติดไฟได้ซึ่งปล่อยออกมาจากวัสดุที่ติดไฟได้นั้นต่ำกว่าขีดจำกัดล่างของการติดไฟ นอกจากนี้ยังทำให้ความเข้มข้นของออกซิเจนในบริเวณที่เผาไหม้เจือจางลง ป้องกันไม่ให้การเผาไหม้ดำเนินต่อไปและทำให้เกิด-สารหน่วงไฟ