Tại sao chống cháy khó hơn cho PE so với PP?
Nhiều người tin rằng chống cháy là một vấn đề đơn giản, hoặc rằng cùng một chất chống cháy có thể được sử dụng cho các chất nền polyolefin tương tự.Khả năng chống cháy phức tạp hơn chúng ta tưởng tượngHôm nay, chúng ta sẽ đi sâu vào một câu đố cổ điển: Tại sao PE chống cháy khó hơn PP?Và tại sao tải trọng của chất chống cháy hồng thủy tinh thể luôn cao hơn trong PE hơn trong PP?
Câu trả lời nằm ở cấu trúc chuỗi phân tử dường như giống nhau, nhưng lại khác nhau về cơ bản.
I. Dường như là "những anh em thân thiết", nhưng thật ra là "các gia đình khác nhau"
Về mặt hóa học, cả Polyethylene (PE) và Polypropylene (PP) đều thuộc về gia đình polyolefin, chỉ bao gồm carbon và hydro.sự sắp xếp của chuỗi phân tử của chúng quyết định "nhân tính" rất khác nhau của chúng trong một ngọn lửa.
1.1 Polyethylene (PE):Cấu trúc của nó là chuỗi carbon-hydrogen dài đơn giản nhất, bao gồm vô số đơn vị methylene lặp lại (-CH2-).giống như một cái nến được đóng gói chặt chẽ. "
1.2 Polypropylene (PP):Chuỗi carbon của nó có một nhóm bên methyl (-CH3) treo trên mỗi nguyên tử carbon khác.
Nhóm bên methyl nhỏ này đánh dấu đường phân chia trong khó khăn của retardant lửa.
II. "Sự khác biệt về thời gian" trong sự phân hủy nhiệt: "Hỗ trợ" của PP so với "Solo Act" của PE
Khả năng chống cháy về cơ bản là một cuộc đua với thời gian với lửa.đồng bộ hóa: khi nhựa bắt đầu phân hủy, chất chống cháy cũng phải phân hủy đồng thời. Cả hai hoạt động cùng nhau để tạo thành một lớp than xốp cách nhiệt chống oxy và nhiệt.
2.1 Nhiệt độ bắt đầu không phù hợp
- "Assist" của PP:Do sự hiện diện của các nguyên tử cacbon thứ ba, các nguyên tử hydro gắn liền với chúng (hydro thứ ba) rất không ổn định khi được nung nóng và dễ dàng bị loại bỏ.Điều này làm cho PP có nhiệt độ bắt đầu phân hủy nhiệt tương đối thấp, thường bắt đầu xuống cấp xung quanh250°CSự trùng hợp ngẫu nhiên, điều này phù hợp hoàn hảo với nhiệt độ kích hoạt của hầu hết các hệ thống IFR (như APP / PER). Ví dụ, APP cũng phân hủy trong phạm vi 250-260 ° C.Điều này tạo ra một sự phù hợp lý tưởng với nhiệt độ phân hủy của PP. Khi PP bắt đầu tan chảy và sắp "nạp lửa", chất chống cháy cũng bắt đầu hoạt động - bắt các gốc tự do và thúc đẩy sự hình thành than. Cả hai hoạt động đồng bộ.Đây là lý do tại sao ngay cả một lượng nhỏ của V-2 xếp hạng retardant lửa (1-2%) có thể phá vỡ sự cân bằng đốt cháy của PP và đạt được tự dập khi loại bỏ từ ngọn lửa.
- "Solo Act" của PE:PE có cấu trúc rất ổn định mà không có hydro thứ ba không ổn định.330°C trở lênĐiều này có nghĩa là khi bạn đốt cháy PE, chất chống cháy có thể vẫn còn "ngủ" trong khi PE đã phân hủy mạnh mẽ, giải phóng một lượng lớn khí dễ cháy.Khi chất chống cháy bắt đầu hoạt động, ngọn lửa đã tăng lên đáng kể. "Thời gian trễ" này làm cho tải thấp của chất chống cháy gần như hoàn toàn không hiệu quả trong PE.
2.2 Thế giới khác nhau trong xu hướng than
- Khả năng than:Do cấu trúc phân nhánh của nó, PP có xu hướng xoay quanh hoặc liên kết chéo trong quá trình đốt cháy (mặc dù yếu),cung cấp một cơ sở "khúc xương" tối thiểu để hình thành một lớp than thấm.
- Vấn đề của PE:Ở nhiệt độ cao, PE hầu như hoàn toàn trải qua phân hạch chuỗi ngẫu nhiên. Các sản phẩm phân hủy của nó gần như hoàn toàn là các olefin và alkane dễ bay hơi. Nó có xu hướng cháy hoàn toàn và sạch sẽ,hầu như không còn dư lượngKhó khăn trong việc buộc một vật liệu "không muốn đốt cháy" để tạo thành một lớp dày đặc, nhúng không tốt.chất chống cháy thông thường phải dựa vào tải trọng cao hơn, sử dụng nguồn axit và nguồn carbon của riêng họ để đạt được mục tiêu than.
III. "Sức mạnh thô" của nhiệt đốt
Ngoài sự khác biệt trong phản ứng hóa học, cũng có sự khác biệt đáng chú ý trong tính chất đốt cháy vật lý của chúng.
- Nhiệt đốt cho PE (khoảng45.9 MJ/kg) cao hơn so với PP (khoảng440,0 MJ/kg)
- Mặc dù sự khác biệt không lớn, PE giải phóng nhiều nhiệt phản hồi hơn trong quá trình đốt bền vững.Điều này đòi hỏi hệ thống chống cháy phải có tính cách nhiệt mạnh hơn để ngăn nhiệt không được đưa trở lại polymer và tạo ra nhiều khí dễ cháy hơnĐiều này chắc chắn đặt ra các yêu cầu cao hơn về độ dày và chất lượng của lớp than thâm nhập, trực tiếp dẫn đến nhu cầu về tải trọng chống cháy cao hơn trong PE.
IV. "Cây bẫy có khả năng chảy" của chất nóng chảy
Đây là một yếu tố thường bị bỏ qua, nhưng nó là rất quan trọng trong V-2 đánh giá retardant ngọn lửa.
4.1 "Hiệu ứng nhỏ giọt" của PP:Cơ chế cốt lõi của xếp hạng V-2 là "melt dripping" (thác chảy) Ống nhỏ chảy mang nhiệt ra khỏi vùng đốt cháy.cho phép nó tạo thành các giọt nhỏ nhỏ nhỏ nhỏ nhỏ nhỏ nhỏ nhỏ, mang nhiệt ngọn lửa ra khỏi vật liệu chính.
4.2 "Lửa chảy" của PE:PE có độ bền tan chảy thậm chí thấp hơn và độ lỏng cao hơn. Tuy nhiên, tốc độ đốt cháy của nó nhanh chóng, và khi tan chảy, nó thường không nhỏ giọt sạch sẽ nhưng chảy xuống trong khi vẫn còn bốc cháy.Điều này có thể dễ dàng đốt cháy bông dưới trong các thử nghiệm dọc, hoặc tạo thành một "lửa chảy" trong các thử nghiệm cháy ngang, thực sự tăng tốc độ lan truyền ngọn lửa. Điều này làm cho các chất chống cháy V-2, dựa trên cơ chế nhỏ giọt, hoàn toàn không hiệu quả đối với PE.
V. Kết luận
Trở lại câu hỏi ban đầu: Tại sao cùng một chất chống cháy hoạt động khác nhau trong PP và PE?
Nguyên nhân gốc nằm trong phản ứng chuỗi được kích hoạt bởi nhóm bên methyl duy nhất.nhiệt độ phân hủy thấp hơn, đồng bộ hóa nó với chất chống cháy; nó cho PP mộtkhuynh hướng bỏng nhẹ; và nó cung cấp cho PP mộtđộ nhớt nóng chảy phù hợp hơnđể làm nhỏ giọt có lợi.
Mặt khác, PE, là một hydrocarbon chuỗi thẳng có cấu trúc hoàn hảo, cóđộ ổn định và giải phóng nhiệt caoĐiều này đòi hỏi một"nặng hơn, mạnh hơn"sửa đổi chống cháy.Điều này giải thích lý do tại sao tải trọng chống cháy trong PE luôn cao hơn so với PP vì chúng ta cần nhiều "người cứu hỏa" hơn để chống cháy bắt đầu mạnh hơn ở 350 ° C.
Flame retardance không bao giờ là một quá trình pha trộn vật lý đơn giản; nó là một trò chơi tinh vi củađiều chỉnh tinh vi dựa trên cấu trúc phân tửHiểu điều này có thể mang lại một quan điểm khoa học hơn cho những tải lượng phụ gia dường như "quá" này.