مروری کوتاه بر بازدارندگی شعله در مواد پلیمری

پلیمرها به‌دلیل خواص مکانیکی و شیمیایی مطلوب، در بسیاری از کاربردها جایگزین فلزات شده‌اند. ولی اشتعال‌پذیری و احتراق آن‌ها، استفاده از این مواد را محدود ساخته است. افزون براین، گازهای سمی حاصل از احتراق مواد پلیمری نیز خطرهای ناشی از آتش را افزایش داده است. برای غلبه بر این مشکل، تلاش‌های بسیاری برای بهبود بازدارندگی شعله مواد پلیمری انجام گرفته است. پیرولیز پلیمر در اثر گرما به تشکیل گونه‌های رادیکالی بسیار واکنش‌پذیر •o• ،h و •oh منجر می‌شود. دو گونه اول به‌طور عمده به رادیکال هیدروکسیل (•oh) تبدیل می‌شوند و •oh با شرکت در واکنش ‌گرمازا، گرمای لازم برای گسترش شعله را فراهم می‌کند. بنابراین، مهار •oh باعث ممانعت از پیش‌روی شعله می‌شود. بازدارنده‌های شعله هالوژن‌دار که هالوژن رادیکالی تولید می‌کنند یا بازدارنده‌های فسفاتی فرار که •hpo• ،po یا •po2 آزاد می‌کنند، باعث مهار •oh می‌شوند. برای کاهش اشتعال‌پذیری پلیمرها، می‌توان یا ساختار پلیمر را دست‌کاری کرده یا با پوشش‌دهی سطحی پلیمر و منسوجات، لایه سدگری روی آن‌ها ایجاد کرد. در این مقاله، فرایند احتراق مواد پلیمری، سازوکار‌های عمل بازدارنده‌های شعله در فاز بخار و متراکم شامل چاه گرمایی، لایه سدگر، اثر گرماتورمی و جلوگیری از پیش‌روی شعله و نیز پیشرفت‌های اخیر در زمینه نانوساختارهای بازدارنده شعله به‌طور خلاصه بررسی می‌شوند. همچنین، نحوه به‌کارگیری بازدارنده‌های شعله در پلیمرها و کامپوزیت‌ها، سمیت ناشی از احتراق پلیمرها و بازدارنده‌های شعله و نیز آزمون‌های سنجش بازدارندگی شعله، که نمایانگر رفتار گرمایی بازدارنده‌های شعله است، بحث می‌شود.

Flame Retardancy in Polymeric Materials: A Short Overview

Metals have been replaced by polymers in many applications due to the favorable mechanical and chemical properties of polymers. But flammability and combustibility of polymeric materials are their major shortcoming that limiting their applications. Beside these concerns, toxic gases produced during combustion of polymeric materials increase the fire hazards. To overcome these problems, numerous attempts have been made to improve the flame retardancy of polymeric materials. Pyrolysis of polymer by thermal treatment leads in the formation of highly reactive •O, •H and •OH radicals. The first two species are mainly converted to the hydroxyl radical (•OH) and the •OH radical affords the required heat for fire propagation in an exothermic reaction. Thus, •OH prevention would result in avoiding fire spreading. Halogenated flame retardants produce halogen radicals or volatile phosphate retardants releasing •HPO, •PO or •PO2 radicals, which can inhibit •OH radical formation. For reducing flammability of the polymers, it is possible to either change the polymer structure or create a protecting layer on the surface of polymers and textiles using surface coating. This paper aims to give a short overview on fundamentals of polymeric materials combustion, modes of action of flame retardants in both vapor and condensed phase including: heat sink, barrier layer, intumescent effect, prevention of flame propagation, as well as, recent developments in nanostructure flame retardants. We also highlight the applications of flame retardants in polymeric materials and composites, toxicity of flame retardant and the fire retardancy tests, which have been used to describe fire behavior, nature and modes of flame retardant materials.