Uniepalnianie tworzyw

Uniepalnianie tworzyw

Idea zmniejszania łatwopalności, która w przypadku polimerów jest podstawową wadą użytkową, znana jest już od starożytności. Pierwsze wzmianki na ten temat można znaleźć w pracach greckiego historyka Herodota (V w. p.n.e.), który zanotował, że Egipcjanie uodparniali drewno i bawełnę na działalność ognia poprzez zanurzanie ich na pewien czas w wodnym roztworze ałunu glinowo-potasowego, a w IV w. p.n.e. mieszaninę tę wzbogacono o ocet. W latach 1912–1913 brytyjski chemik William Henry Perkin Jr. badał metody uniepalnienia flaneli wodnym roztworem cynianu sodu i siarczanu amonu, a następnie sformułował wymagania, jakie powinny spełniać środki opóźniające spalanie wyrobów włókienniczych. 

Temat ograniczenia palności tworzyw sztucznych zyskał na popularności w pierwszej połowie XIX w., co zbiegło się z wynalezieniem łatwopalnego azotanu celulozy i celuloidu. Początkowo jako środki zmniejszające palność polimerów i materiałów polimerowych stosowano reaktywne związki chlorowcowe i wodorotlenek glinu. Jednak przy rosnącej liczbie zastosowań nowych syntetycznych tworzyw sztucznych, stare uniepalniacze takie jak roztwór ałunu glinowo-potasowego lub ocet były mało efektywne. Poszukiwano więc nowych związków chemicznych, które z dużą wydajnością obniżałyby palność polimerów, a jednocześnie koszty ich produkcji byłyby niskie. W ten sposób zaczął się kształtować współczesny rynek antypirenów.

Intensywny rozwój syntetycznych materiałów polimerowych takich jak polichlorek winylu, tworzywa fenolowe i melaminowe, polistyren, polietylen, polimery włóknotwórcze, które szybko znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach życia, wymógł równocześnie rozwój rynku antypirenów (ang. flame retardants, FR), czyli środków opóźniających spalanie materiałów organicznych (inaczej inhibitorów, uniepalniaczy). 

Początkowe badania związane z poszukiwaniem środków utrudniających spalanie materiałów organicznych odbywały się metodą prób i błędów. W ciągu ostatnich 100 lat znacznie zwiększyła się liczba dostępnych w praktyce materiałów polimerowych. Odkryto dużo środków w różnym stopniu utrudniających ich spalanie, jednak metoda prób i błędów wciąż nie straciła na aktualności. Zmniejszenie szybkości spalania lub zahamowanie tego procesu jest możliwe przez aktywne oddziaływanie środkami fizycznymi lub chemicznymi, bądź jednymi i drugimi, w procesie jedno- lub kilkuetapowym.

Względy bezpieczeństwa wykluczają często wykorzystanie materiałów, które podczas pożaru wydzielają dużo dymów i gazów trujących. Z tego powodu, w zależności od zastosowania, ogranicza się użytkowanie materiałów zawierających halogeny; dopuszcza się natomiast te charakteryzujące się małą ilością wydzielanych dymów, oznaczanych LS (ang. low smoke) lub LF (ang. low fume) i bezhalogenowe HF (ang. halogen free) lub ZH (ang. zero halogen). Nie istnieje uniwersalne rozwiązanie pozwalające zmniejszyć palność każdego z materiałów stosowanych w praktyce przemysłowej, m.in. z powodu różnorodnej budowy chemicznej polimerów i dużego asortymentu stosowanych modyfikatorów, co wpływa na mechanizm reakcji chemicznych i procesów fizycznych zachodzących podczas pożaru.

Głównym zadaniem środków opóźniających spalanie (antypirenów, inhibitorów) jest zwiększenie ognioodporności materiałów polimerowych lub/i zmodyfikowanie ich zachowania w płomieniu w określonych warunkach użytkowania przy minimalnym pogorszeniu właściwości użytkowych. 

Środki zmniejszające lub opóźniające palność tworzyw polimerowych należą do ogromnej grupy związków chemicznych. Różnorodność zarówno ich budowy, jak również sposobu działania na materiał polimerowy powodują, że nie istnieje uniwersalny antypiren, który znalazłby zastosowanie jako dodatek do wszystkich materiałów polimerowych. Mogą one być dodawane podczas syntezy polimeru lub też wymieszane z nim już po wytworzeniu. W zależności od sposobu wprowadzenia antypirenu do matrycy polimeru wyróżniamy antypireny reaktywne i addytywne. 

Antypireny reaktywne, wprowadzane w procesie syntezy, wbudowują się w strukturę makrocząsteczki, co pozwala im na stałe związać się z polimerem nie utleniając się podczas stosowania. Stosowane do polimerów addycyjnych (żywice poliestrowe, epoksydowe, poliuretany itp.) ze względu na łatwość ich wprowadzenia do łańcucha polimerowego. 

Antypireny addytywne dodawane są zazwyczaj podczas przetwórstwa materiału polimerowego. Bardzo często służą także jako plastyfikatory i wypełniacze. Ich koszt jest niższy niż antypirenów reaktywnych, jednak mogą one powodować zmianę właściwości użytkowych wyrobu.

Ważną cechą charakteryzującą dobry antypiren jest jego nieznaczny wpływ na cenę oferowanego wyrobu, ale przede wszystkim nie powinien on wydzielać toksycznych produktów podczas wytwarzania i przetwarzania materiału (recyklingu i spalania). Odpowiednio dobrany uniepalniacz powinien m.in. nie wydzielać gęstych dymów, sprzyjać powstawaniu niepalnych produktów rozkładu termicznego produktu, ograniczać powstawanie żaru oraz zapobiegać kapaniu materiału polimerowego podczas palenia, a także co istotne nie pogarszać właściwości przetwórczych, mechanicznych i starzeniowych gotowego materiału polimerowego.





Reportaże

Forum

Yellow

Problem z rozbryzgami 2021-07-15

Ramones

Własna firma produkcyjna 2021-06-06

Kacperczyk250

Opłacalność przewijania folii stretch 2021-05-09

Tipen1

Czyszczenie układu uplastyczniającego wtryskarki 2021-04-06

Yellow

Zatykanie systemów gorących kanałów. 2021-03-23