В науката за пожарна безопасност "потискането на дима" и "забавянето на пламъка" са еднакво важни, но имат различни механизми като основни цели.Цинков борат(като вземем за пример най-често използвания 2ZnO·3B₂O3·3,5H₂O) е широко признат като ефективен синергист за потискане на дима. Неговата изключителна производителност не се дължи на едно единствено действие, а по-скоро резултат от многостепенна, многомащабна химическа и физическа синергия, която се появява едновременно в кондензираната фаза и газовата фаза и преминава през целия процес на горене. Тази статия систематично ще анализира как да се контролира генерирането и отделянето на дим от източника чрез изграждане на "триизмерна мрежа за потискане на дима".
Първо, трябва да се изясни, че димът е главно аерозол, съставен от суспендирани въглеродни частици (сажди) и кондензирани органични капчици, генерирани от непълно изгаряне на полимери. Следователно, същността на потискането на дима се крие в:
1. Насърчаване на пълното окисляване и намаляване на генерирането на въглеродни частици.
2. Уловете и фиксирайте въглеродните частици, за да предотвратите бягството им.
3. Променете пътя на реакцията на горене, за да намалите органичните летливи вещества.
Цинковият борат разработва своя систематичен проект за потискане на дима около тези три точки.
Ефектът на потискане на дима на цинковия борат може ясно да бъде разделен на три температурно задвижвани непрекъснати етапа, които могат да бъдат точно проверени чрез тестване на плътността на дима с помощта на термогравиметрична инфрачервена спектроскопия (TGA-FTIR) и конусен калориметър.
В този температурен диапазон цинковият борат освобождава своята кристална вода:
· Механизъм и функция:
· Охлаждане: Изпарението на водата е силен ендотермичен процес, който ефективно охлажда полимерната матрица, забавя нейното термично разлагане и по този начин намалява скоростта на генериране на горими газове и прекурсори на дим.
· Физическо разреждане: Освободените водни пари разреждат концентрацията на летливи пиролизни продукти и кислород в зоната на пламъка, което не само помага за потискане на горенето, но също така насърчава окислението в газова фаза на някои кондензируеми летливи компоненти, което ги прави по-склонни да бъдат превърнати в CO₂ и H₂O, а не в сажди.
Това е най-критичната стъпка в потискането на дима с цинков борат. След дехидратиране, цинковият метаборат (2ZnO·3B₂O3) се топи, за да образува вискозна, непропусклива борно-цинкова кислородна стъкловидна стопилка, покриваща повърхността на полимера и образувания въглероден слой.
· Механизъм и функция:
1. Физическа бариера и улавяне: Този слой разтопено стъкло е като "лепкав филтър", който може ефективно да улови и капсулира въглеродни частици (сажди) и подобни на катран макромолекули, които излизат от полимерното тяло, като ги заключва в кондензираната фаза и им предотвратява навлизането в газовата фаза, за да образуват дим.
2. Каталитично окисляване: Разтопените борати са отлични катализатори на окисление. Той може да катализира дълбокото окисляване на въглеродни частици и органични фрагменти, уловени от него в границата на кондензираната газова фаза, превръщайки ги в CO ₂, като по този начин директно „елиминира“ потенциалните димни вещества при източника.
3. Насърчаване на образуването на въглен: Този стъклен слой може да стабилизира и подобри структурата на разширения слой овъглен. По-пълен овъглен слой означава, че се произвеждат по-малко горими от пиролиза, косвено намалявайки емисиите на дим.
При по-високи температури системата в крайна сметка образува стабилен, порест, но здрав остатъчен слой отцинков борат/въглерод/металооксидна композитна керамика.
· Механизъм и функция: Този остатъчен слой има изключително висока термична стабилност и може да служи като дълготрайна бариера за топлоизолация, предотвратявайки по-нататъшното разлагане на вътрешните материали и последващото генериране на дим, осигурявайки дългосрочна ефективност на потискането на дима.
Способността за потискане на дима на цинковия борат се подобрява значително, когато се комбинира с други забавители на горенето, което отразява основната му стойност като синергичен агент.
· Синергичен ефект с халогени (като Cl в PVC):
·В халогенираните системи цинковият борат може да реагира с освободените халогеноводороди (HCl) за получаване на цинков хлорид (ZnCl ₂) и борен оксихлорид.
·ZnCl ₂ е по-силен катализатор на киселина на Луис, който може да катализира реакциите на омрежване и ароматизиране на полимери (като PVC) по-енергично, насърчавайки бързото образуване на плътен овъглен слой (т.е. "каталитичен овъглен"), като по този начин инхибира генерирането на сажди на по-ранен етап. Това е класически "борно-цинков халоген" троен синергичен механизъм за потискане на дима.
· Синергичен ефект с метални хидроксиди (ATH/MDH):
·Има добра корелация между температурата на разлагане на цинковия борат и ATH/MDH. ATH/MDH разлага и абсорбира топлината, дехидратира и потиска дима при по-ниски температури (~200-300 ℃), докато цинковият борат продължава да функционира при по-високи температури (~300-500 ℃), образувайки "температурно реле" и разширявайки ефективния температурен диапазон на целия ефект на потискане на дима.
1. Размер на частиците и дисперсия: Ултра финият и равномерно диспергиран цинков борат може да осигури по-голяма реакционна специфична повърхност, което прави разтопеното стъклено покритие по-бързо и по-плътно и има по-висока ефективност за потискане на дима.
2. Състояние на хидратация: Температурата на разлагане и поведението на топене на трихидрат, монохидрат и безводен цинков борат са различни и трябва да се направи подходящ избор въз основа на температурата на разлагане на полимерната матрица, за да се оптимизира синергията на етапа.
3. Сума за добавяне: Има прозорец за оптимална сума за добавяне. Твърде ниско, за да образува непрекъснат и ефективен покриващ слой; Прекомерните стойности могат да повлияят на механичните свойства на материалите и вече да не подобряват значително ефективността на потискане на дима.
Тестването с конусен калориметър е златният стандарт за количествено определяне на ефективността на потискане на дима. Добавянето на висококачествени полимерни материали от цинков борат обикновено води до следните промени в данните:
·Специфичната зона на гасене (SEA) и степента на генериране на дим (SPR) значително са намалели (до 30% -60%).
· Общото отделяне на дим (TSR) значително намаля.
· Микроструктурата на остатъчния въглерод (SEM наблюдение) показва по-плътна, непрекъсната и стъклена повърхностна структура.
В обобщение, механизмът за потискане на дима нацинков боратне е прост резултат от една химическа реакция, а по-скоро внимателно проектирана "многостепенна защитна система":
· Ранен етап (ендотермично разреждане): Забавяне на производството на прекурсори на дим чрез физически и химични средства.
·Среден етап (катализа на стопилка): Улавяне и преобразуване на димни частици на повърхността чрез физическо улавяне и химична катализа.
· По-късен етап (стабилна бариера): Чрез образуването на стабилен остатъчен въглерод предотвратява непрекъснатото генериране на дим.
Той перфектно въплъщава ролята на "синергичен агент" - той може независимо да упражнява отлична функция за потискане на дима в системи без халогени и може също така да подобри цялостното потискане на дима и ефективността на забавяне на горенето на системата до нова височина чрез химични реакции с други компоненти в халогенирани или неорганични системи за пълнене.
Ето защо, за дизайнерите на материали, които се стремят към по-високи нива на пожарна безопасност (не само незапалими, но и ниско дим и ниска токсичност), цинковият борат не е опция, а необходима опция въз основа на глобалната перспектива на химията на горенето. Той представлява усъвършенствана дизайнерска концепция от пасивно забавяне на горенето до активно, чисто и огнеустойчиво.
Трябва ли вашите полимерни материали да отговарят на строгите стандарти за токсичност на дима (като EN 45545, NFPA 130)? Ние можем да предоставим цялостно решение от избора на най-добрия модел цинков борат, проектирането на схеми за смесване до проверката на ефективността на потискане на дима на пълен комплект конусен калориметър, като помагаме на вашия продукт да постигне двойно лидерство по отношение на безопасността и опазването на околната среда.
