Uniepalnianie tworzyw

Antypireny cynowo-cynkowe

W najnowszych badaniach znaleźć można prace wykazujące bardzo dobre efekty uniepalniające oraz zmniejszające dymotwórczość z wykorzystaniem antypirenów cynowo-cynkowych. Nieorganiczne związki cyny, zwłaszcza heksahydroksycynianu cynku Zn[Sn(OH)6] (ZHS) i cynianu cynku (ZS), znalazły zastosowanie jako komercyjne uniepalniacze nie tylko w wielu materiałach polimerowych; wykorzystuje się je także do produkcji gumy, farb i lakierów, tkanin oraz pianek. 

Te dwa nieorganiczne związki cyny są zasadniczo nietoksyczne. Ponadto, ZHS i ZS działają zarówno jako środki zmniejszające palność, jak i redukujące dymotwórczość. Istnieje niewielka różnica w skuteczności ZHS i ZS, ale ZS jest zalecanym dodatkiem do polimerów, które są przetwarzane w temperaturze powyżej 180°C. Chociaż pierwotnie został on opracowany jako nietoksyczna alternatywa dla tlenku antymonu stosowanego do PVC i innych halogenowych materiałów polimerów, to w ostatnich latach większe wykorzystanie ZS obserwuje się w bezhalogenowych systemach, a szczególnie gdy jest używany w połączeniu z wypełniaczami ATH i MH. 

W celu zwiększenia synergii interakcji między składnikami oraz opracowywania produktów, które są bardziej opłacalne niż konwencjonalne środki zmniejszające palność, wykonuje się powlekanie tanich wypełniaczy nieorganicznych, takich jak ATH, MH, węglan wapnia, talk, bezwodny siarczan glinu i dwutlenek tytanu, za pomocą ultradrobnych cząstek ZHS lub ZS. Czynność ta powoduje znacznie mniejszą emisję dymu oraz uzyskanie niższego współczynnika uwalniania ciepła. Dodatkową korzyścią wynikającą z powlekania wypełniaczy nieorganicznych jest zmniejszenie ich ilości dodawanych do uniepalnianych materiałów, co ułatwia przetwórstwo tychże oraz w wielu przypadkach nie powoduje drastycznych zmian właściwości mechanicznych, fizycznych i elektrycznych.

Stabilizujący wpływ uniepalniaczy cynowo-cynkowych tłumaczy się utworzeniem przez związki cyny skutecznej bariery powierzchniowej, blokującej transport ciepła ze strefy spalania do głębszych warstw materiału. 

Nanocząstki

Nowym i dynamicznie rozwijającym się kierunkiem na rynku antypirenów jest wykorzystanie nanocząstek takich jak: cyniany i borany cynku, koloidalne krzemionki, zeolity, pochodne krzemu i inne. Nanokompozyty polimerowe, w odróżnieniu od tradycyjnych antypirenów, wymagają niskiego napełnienia. Poprawa odporności ogniowej następuje w wyniku zwęglenia, które powoduje izolację termiczną polimeru oraz opóźnia emisję gazów podczas palenia tworzywa. Do produkcji nanokompozytów polimerowych używane są warstwowe krzemiany, z kationami luźno połączonymi pomiędzy płaszczyznami utworzonymi przez atomy tlenu i krzemu. Za najbardziej odpowiednią uważana jest glinka montmorylonitu, ale z powodzeniem mogą być użyte inne warstwowe krzemiany (hektoit, saponit) bądź syntetyczna fluorowana mika. Nanokompozyty opóźniające palenie przyjmują formę hybryd organiczno-nieorganicznych. Właściwości otrzymanych materiałów są mocno związane z budową nanokompozytów. W bardzo wysokich temperaturach krzemiany pozostają nienaruszone. Podczas gdy spalane tworzywa zawierające tradycyjne antypireny wydzielają znaczną ilość tlenku węgla i sadzy, to trudnopalne, krzemianowe nanokompozyty polimerowe nie wykazują takich zjawisk. Niskie napełnienie nanokompozytów nie powoduje przebarwienia, nie pogarsza właściwości mechanicznych i ułatwia uzyskanie transparentnych produktów. Niska zawartość krzemianu (3–5% wag.) pozwala na łatwe przetwórstwo na drodze kalandrowania i wytłaczania. 

Podsumowanie

Środki zmniejszające lub opóźniające palność tworzyw polimerowych należą do ogromnej grupy związków chemicznych. Różnorodność zarówno ich budowy, jak również sposobu działania na materiał powodują, że nie istnieje uniwersalny antypiren, który znalazłby zastosowanie jako dodatek do wszystkich materiałów polimerowych. Właściwości tworzyw sztucznych, w tym ich cechy palne, zależą oczywiście od właściwości wszystkich składników mieszaniny. Zmniejszania palności wynikającego ze stosowania antypirenów nie należy rozpatrywać w stosunku do pojedynczych związków wprowadzonych do polimeru, lecz z punktu widzenia całej palącej się kompozycji polimerowej. 

Procesy palenia się polimerów i działania związków zmniejszających palność były już wielokrotnie analizowane w literaturze; nadal jednak istnieje duże zainteresowanie tą problematyką wśród wielu ośrodków badawczych ze względu na jej znaczenie, zarówno w praktyce przemysłowej, jak i w życiu codziennym. Istnieje konieczność prowadzenia prac badawczych nad chemicznymi środkami ogniochronnymi, które zachowałyby swoje funkcje przy jednoczesnym obniżeniu stopnia toksyczności i dymotwórczości produktów rozkładu termicznego i spalania z ich udziałem.

Należy podkreślić, że pełne zrozumienie istoty i przebiegu destrukcji termicznej polimerów stało się bardzo ważne dla możliwości przewidywania zachowania się materiałów polimerowych w warunkach pożaru. W celu ciągłego zmniejszania strat osobowych i materialnych obserwuje się obecnie szybki rozwój prac nad różnego typu nowymi rodzajami antypirenów, opartymi m.in. na związkach cyny, synergicznych połączeniach azotu i fosforu oraz nanomodyfikatorach. 

Autor: Marta Lenartowicz-Klik



Reportaże

Forum