Механізм дії антипіренів

Механізм дії антипіренів відносно складний і ще не повністю вивчений. Загальноприйнято вважати, що сполуки галогенів розкладаються під час нагрівання вогню, а розкладені іони галогенів реагують із сполуками полімерів з утворенням галогеноводню. Останній реагує з активними гідроксильними радикалами (HO·), які у великій кількості розмножуються в процесі горіння полімерних сполук, знижуючи свою концентрацію та уповільнюючи швидкість горіння до тих пір, поки полум'я не згасне. Серед галогенів бром має більшу вогнезахисну дію, ніж хлор. Функція антипіренів, що містять фосфор, полягає в тому, що під час горіння вони утворюють метафосфорну кислоту. Метафосфорна кислота полімеризується в дуже стабільний полімерний стан і стає захисним шаром для ізоляції кисню для пластмас.
Вогнезахисні засоби проявляють свою вогнезахисну дію за допомогою кількох механізмів, таких як ендотермічний ефект, ефект покриття, інгібування ланцюгової реакції, задушливий ефект незаймистих газів тощо. Більшість антипіренів досягають вогнезахисних цілей за допомогою кількох механізмів, що працюють разом.
1. Ендотермічний ефект
Теплота, що виділяється при будь-якому горінні за короткий час, обмежена. Якщо частина тепла, що виділяється джерелом вогню, може бути поглинена за короткий час, температура полум'я буде знижуватися, випромінюватиметься до палаючої поверхні та діятиме на газифікований газ. Тепло, необхідне для розщеплення горючих молекул до вільних радикалів, буде зменшено, а реакція горіння буде певною мірою пригнічена. В умовах високої температури антипірени вступають у сильну ендотермічну реакцію, поглинаючи частину тепла, що виділяється при горінні, знижуючи температуру поверхні горючих матеріалів, ефективно перешкоджаючи утворенню горючих газів і запобігаючи поширенню горіння. Вогнезахисний механізм антипірену Al(OH)3 полягає у збільшенні теплоємності полімеру, дозволяючи йому поглинати більше тепла до досягнення температури термічного розкладання, тим самим покращуючи його вогнезахисні характеристики. Цей тип антипірену повністю використовує його здатність поглинати велику кількість тепла в поєднанні з водяною парою, щоб покращити його власну здатність антипірену.
2. Покривний ефект
Після додавання антипіренів до горючих матеріалів, антипірени можуть утворювати склоподібний або стійкий пінний покривний шар при високих температурах для ізоляції кисню. Він має функції теплоізоляції, ізоляції кисню та запобігання виходу горючих газів назовні, завдяки чому досягається стійкість до полум’я. призначення. Наприклад, коли фосфорорганічні антипірени нагріваються, вони можуть утворювати зшитий твердий матеріал або карбонізований шар із більш стабільною структурою. З одного боку, утворення карбонізованого шару може запобігти подальшому піролізу полімеру, а з іншого – запобігти потраплянню продуктів термічного розкладання всередині нього в газову фазу для участі в процесі горіння.
3. Гальмування ланцюгової реакції
Відповідно до теорії ланцюгової реакції горіння, для підтримки горіння необхідні вільні радикали. Антипірени можуть впливати на зону горіння газової фази, захоплюючи вільні радикали в реакції горіння, тим самим запобігаючи поширенню полум’я, зменшуючи щільність полум’я в зоні горіння та, зрештою, зменшуючи швидкість реакції горіння до її припинення. Наприклад, температура випаровування галогеновмісних антипіренів така ж або подібна до температури розкладання полімеру. Коли полімер розкладається під дією тепла, антипірен також випаровується. У цей час галогеновмісний антипірен і продукти термічного розкладання одночасно знаходяться в зоні згоряння газової фази, і галоген може захоплювати вільні радикали в реакції згоряння та перешкоджати ланцюговій реакції згоряння.
4. Задушливий ефект негорючого газу
Антипірени при нагріванні розкладаються на негорючі гази, знижуючи концентрацію горючих газів, що розкладаються з горючих матеріалів, нижче нижньої межі горіння. У той же час він також має розріджувальний ефект на концентрацію кисню в зоні горіння, запобігаючи продовженню горіння та досягаючи вогнезахисного ефекту.