왜 PE는 PP보다 화염 retardance가 더 어렵습니까?
많은 사람들은 화염 retardant는 간단한 문제라고 생각하거나 같은 화염 retardant는 비슷한 polyolefin 기판에 사용할 수 있다고 생각합니다. 그러나,불 retardance는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 복잡합니다오늘날 우리는 고전적인 수수께끼에 대해 알아보겠습니다. 왜 불 retardant PE는 PP보다 더 어렵습니까?그리고 왜 PE에서 PP보다 내출성 불 retardant의 부하가 항상 더 높습니까??
그 답은 겉으로 보기에 비슷하지만 근본적으로 다른 분자 연쇄 구조에 있습니다.
I. 겉으로는 "연결 한 형제 들"이지만, 사실 "다양 한 가족 들"
화학적 으로 말 할 때, 폴리 에틸렌 (PE) 과 폴리 프로필렌 (PP) 는 모두 탄소 와 수소 만으로 구성 된 폴리올레핀 가족 에 속한다.분자 연쇄의 배열은 불에 있는 그들의 매우 다른 "인격"을 지시합니다.
1.1 폴리에틸렌 (PE):그 구조는 수없이 반복되는 메틸렌 단위 (-CH2-) 로 구성된 가장 간단한 긴 탄소-수소 사슬입니다. 이 구조는 매우 규칙적이며 분자 사슬은 유연합니다.밀접하게 포장된 "촛불"처럼."
1.2 폴리프로필렌 (PP):탄소 사슬에는 다른 모든 탄소 원자 (-CH3) 에 메틸 부위 그룹이 달려 있다. 이 메틸 그룹의 존재는 PP 분자 사슬을 따라 수많은 제3 탄소 원자를 도입한다.
이 작은 메틸 부위 그룹은 불 retardance의 어려움에서 분할선을 표시합니다.
II. 열 분해의 "시간 차이": PP의 "지원" 대 PE의 "솔로 행위"
불 retardant은 본질적으로 불과 시간의 경쟁입니다. 특히 현재 주류 인투메스센트 불 retardants (IFR) 의 핵심 원칙은 다음과 같습니다.동기화: 플라스틱이 분해되기 시작하면 불 retardant도 동시에 분해되어야 합니다. 둘 다 함께 작용하여 산소와 열으로부터 격리하는 포러스한 석탄 층을 형성합니다.
2.1 부적절한 시작 온도
- PP의 "어시스트":제3차 탄소 원자의 존재로 인해, 그것들에 붙은 수소 원자 (제3차 수소) 는 가열될 때 매우 불안정하며 쉽게 제거된다.이것은 PP가 상대적으로 낮은 열 분해 시작 온도를 갖게합니다.일반적으로 약250°C우연히, 이것은 대부분의 IFR 시스템의 활성화 온도 (APP/PER와 같이) 와 완벽하게 일치합니다. 예를 들어, APP는 250-260°C 범위에서도 분해됩니다.이것은 PP의 분해 온도와 이상적인 일치를 만듭니다.PP가 녹기 시작하여 "불을 먹이기"에 있을 때, 불 retardant도 자유 라디칼을 포착하고 석탄 형성을 촉진하는 작업을 시작합니다. 둘 다 일관되게 작동합니다.이 때문에 V-2 등급 불 retardant의 작은 양 (1-2%) 는 PP의 연소 균형을 방해하고 불에서 제거 된 후 자 소멸을 달성 할 수 있습니다..
- PE의 "솔로 액트":PE는 불안정한 제3수소 없이 매우 안정적인 구조를 가지고 있으며 열분해 시작 온도는330°C 이상즉, PE를 발화할 때, 불 retardant은 여전히 "잠자"할 수 있지만 PE는 이미 강력하게 분해되어 많은 양의 연화 가스를 방출합니다.불 retardant가 마침내 작용하기 시작했을 때이 "시간 지연"은 낮은 화염 억제 물질의 로딩을 PE에서 거의 완전히 무효로 만듭니다.
2.2 석탄화 경향에서 세계
- 탄화 능력:분화 구조 때문에, PP는 연소 도중 (약하지만) 사이클화 또는 교차 연결에 대한 약간의 경향이 있습니다.내출성 석탄층의 형성을 위한 최소한의 "골격"기반을 제공함.
- PE의 문제점:높은 온도에서 PE는 거의 독점적으로 무작위 체인 분열을 겪습니다. 분해 제품은 거의 전적으로 휘발성 올레핀과 알칸입니다. 완전히 깨끗하게 타는 경향이 있습니다.거의 잔류를 남기지 않습니다."화연을 원하지 않는"물질을 밀도가 높은 내성층으로 만들어내는 것이 어렵다는 것은 좋지 않습니다. 자연적으로 더 많은 화화 물질과 촉매가 필요합니다. 따라서,일반적인 불 retardants는 더 높은 부하에 의존해야합니다., 자신의 산소 소스와 탄소 소스를 사용하여 탄화 목표를 달성합니다.
III. 연소 열의 "부작력 출력"
화학 반응의 차이 외에도 물리적 연소 특성에 있어서도 눈에 띄는 차이가 있습니다.
- PE의 연소 열 (약45.9 MJ/kgPP (약) 보다 높습니다.440.0 MJ/kg) 의 내용입니다.
- 비록 그 차이는 크지 않지만, PE는 지속적인 연소 과정에서 더 많은 피드백 열을 방출합니다.이것은 불 retardant 시스템이 더 강한 단열 특성을 가지고 있는 것을 요구합니다. 열이 폴리머로 다시 공급되고 더 많은 연화 가스를 생성하는 것을 막기 위해서입니다.이것은 의심 할 여지없이 PE의 더 높은 화염 retardant 로딩의 필요성을 직접적으로 초래하는 내출 화력 층의 두께와 품질에 대한 더 높은 요구 사항을 부과합니다.
IV. 용해물 의 "유동성 함정"
이것은 종종 간과되는 요소이지만 V-2 등급 화염 retardance에서 결정적입니다.
4.1 PP의 "방울효과"V-2 등급의 핵심 메커니즘은 연소 구역에서 열을 운반하는 용해 된 방울의 "융기 방울"입니다. PP는 연소 중에 중도의 용해 점도를 가지고 있습니다.화염 열을 주물질에서 멀리 옮기는 빠르게 떨어지는 방울을 형성 할 수 있습니다..
4.2 PE의 "흐르는 불":PE 는 더 낮은 녹기 강도 와 더 높은 유동성 을 가지고 있다. 그러나, 그 연소 속도는 빠르며, 타는 녹기가 떨어질 때, 그것은 종종 깨끗하게 떨어지지 않고 여전히 불타는 동안 아래로 흐른다.이것은 수직 테스트에서 쉽게 아래의 면털을 발화 할 수 있습니다, 또는 수평 화상 테스트에서 "흐르는 불"을 형성하여 실제로 화염 확산을 가속화합니다. 이것은 방울 메커니즘에 의존하는 V-2 등급 화염 억제제를 PE에 완전히 비효율적으로 만듭니다.
V. 결론
원래 질문으로 돌아가면, 왜 같은 불 retardant가 PP와 PE에서 그렇게 다르게 작용하는가?
근본 원인은 그 단일 메틸 부위 그룹에 의해 촉발 된 연쇄 반응에 있습니다.더 낮은 분해 온도, 불 retardant과 동기화; 그것은 PP를 제공합니다가벼운 탄화 경향그리고 PP에더 적합한 녹음 고체성유익한 방울을 위한 것입니다.
반면 PE는 완벽하게 구조화된 직선 연쇄 탄화수소로서안정성 및 높은 열 방출이것은"더 무겁고 더 강하다"불 retardant 변경이것은 왜 PE의 내출성 불 retardant 로딩이 PP보다 항상 더 높은지 설명합니다.
불 retardance는 단순한 물리적 혼합 과정이 결코; 그것은 정교한 게임분자 구조에 기초한 정밀 조정이 사실을 이해하면 "가장 많은"첨가물 부하에 대해 더 과학적인 관점을 얻을 수 있습니다.