ตามความแตกต่างในวิธีการแนะนําสารหน่วงไฟสามารถแบ่งออกเป็นสารหน่วงไฟสารเติมแต่งและสารหน่วงไฟปฏิกิริยา สารหน่วงไฟสารเติมแต่งมักจะรวมอยู่ในโพลิเมอร์ในทางร่างกายซึ่งประหยัดและสะดวกในการใช้ แต่โดยทั่วไปจะเข้ากันได้กับโพลิเมอร์ไม่ดี ข้อบกพร่องในคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุพอลิเมอร์
แตกต่างจากหลักการของสารหน่วงไฟสารเติมแต่งสารหน่วงไฟปฏิกิริยาสามารถสร้างโคพอลิเมอร์ด้วยโมโนเมอร์หรือทําปฏิกิริยาการปลูกถ่ายอวัยวะบนโพลิเมอร์เพื่อให้วัสดุสามารถมีสารหน่วงไฟที่ทนทาน นอกจากนี้สารหน่วงไฟปฏิกิริยามีผลต่อคุณสมบัติทางกลและทางกลของวัสดุพอลิเมอร์เพียงเล็กน้อยและมีเพียงจํานวนเล็กน้อยเท่านั้นที่สามารถบรรลุผลสารหน่วงไฟที่ดีขึ้นซึ่งเป็นประเด็นร้อนในการวิจัยสารหน่วงไฟในปัจจุบัน กระดาษนี้ส่วนใหญ่แนะนํากลไกสารหน่วงไฟพื้นฐานของสารหน่วงไฟปฏิกิริยาและสถานะการใช้งานของอีพ็อกซี่เรซินยูรีเทนผ้าฝ้ายและกระดาษหน่วงไฟ
กลไกการหน่วงไฟของสารหน่วงไฟปฏิกิริยา
กระบวนการเผาไหม้ของวัสดุพอลิเมอร์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนที่มีปฏิกิริยาหลายเฟสซึ่งมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทั้งทางกายภาพและทางเคมี สารหน่วงไฟปฏิกิริยาแสดงกลไกสารหน่วงไฟที่แตกต่างกันในระบบสารหน่วงไฟที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากความแตกต่างในองค์ประกอบของสารหน่วงไฟเองและคุณสมบัติของวัสดุของโพลิเมอร์ที่แตกต่างกัน แต่โดยทั่วไปกลไกการหน่วงไฟของสารหน่วงไฟปฏิกิริยาสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: กลไกเฟสก๊าซและกลไกเฟสควบแน่น
1.ก๊าซกลไกเฟส
สอดคล้องกับกระบวนการเผาไหม้กลไกการหน่วงไฟเฟสก๊าซของสารหน่วงไฟปฏิกิริยารวมถึงผลกระทบทางกายภาพและปฏิกิริยาทางเคมีและอื่น ๆ คือผลเสริมฤทธิ์กันของทั้งสอง ผลกระทบทางกายภาพส่วนใหญ่เป็นที่ประจักษ์ในการที่สารหน่วงไฟปฏิกิริยาบางส่วนสามารถดูดซับความร้อนในสภาพแวดล้อมสลายตัวและปล่อยก๊าซที่ติดไฟไม่ได้เช่นไนโตรเจนแอมโมเนียและคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งมักจะเจือจางก๊าซไวไฟที่รอยแตกของวัสดุพอลิเมอร์หรือในใจกลางของเปลวไฟ ช่วยลดความเข้มข้นของก๊าซระเหยให้ต่ํากว่าขีด จํากัด การเผาไหม้เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง บางครั้งก๊าซที่ไม่ติดไฟบางชนิดก็มีผลของการกระจายความร้อนซึ่งสามารถลดอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมโดยรอบได้
ผลกระทบทางเคมีส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในกลไกการจับของอนุมูลอิสระ ตัวอย่างเช่นสารหน่วงไฟที่ใช้ฟอสฟอรัสบางชนิดสามารถปล่อยอนุมูลอิสระที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและทําปฏิกิริยากับ H. และ O H. ที่ก่อให้เกิดการเผาไหม้ ในกรณีนี้ปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเผาไหม้สามารถป้องกันได้และความร้อนที่ปล่อยออกมาจากเปลวไฟสามารถลดลงได้อย่างมาก
2. กลไกการควบแน่น
กลไกการหน่วงไฟของสารหน่วงไฟปฏิกิริยามีโหมดการกระทําต่าง ๆ ในระยะควบแน่นและการก่อตัวของคาร์บอนเป็นโหมดที่พบมากที่สุด สารหน่วงไฟปฏิกิริยาโดยทั่วไปสามารถเพิ่มการก่อตัวของถ่านของโพลิเมอร์ได้อย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลิเมอร์ที่มีออกซิเจนเช่นอีพ็อกซี่เรซินเซลลูโลส
ชั้นคาร์บอนโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในพื้นที่ขอบเขตของเฟสก๊าซและเฟสควบแน่นและมีผลป้องกันที่ดี ถือได้ว่าเป็นเกราะป้องกันเพื่อป้องกันการส่งผ่านออกซิเจนและการส่งผ่านความร้อนในอากาศและบรรลุผลของการยับยั้งการสร้างก๊าซไวไฟ การใช้สารหน่วงไฟบนผ้าฝ้ายเป็นตัวอย่างจะเปลี่ยนกระบวนการปฏิกิริยาการแตกร้าวทางความร้อนของห่วงโซ่โมเลกุลเส้นใยในระยะควบแน่นและส่งเสริมการคายน้ําการเชื่อมโยงข้ามและปฏิกิริยาอื่น ๆ และค่อยๆก่อตัวเป็นชั้นคาร์บอน ปริมาณของคาร์บอนตกค้างเพิ่มขึ้นและปริมาณของก๊าซที่ติดไฟได้ลดลงในกระบวนการ
ข้นเฟสถ่านสารหน่วงไฟ
สารหน่วงไฟปฏิกิริยาไม่เพียง แต่สามารถเพิ่มสารตกค้างของคาร์บอน แต่ยังส่งเสริมการต่อต้านการเกิดออกซิเดชันของคาร์บอนและป้องกันไม่ให้คาร์บอนถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์กับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งจะช่วยลดความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเกิดออกซิเดชัน นอกเหนือจากการก่อตัวของถ่านแล้วโหมดการกระทําของสารหน่วงไฟปฏิกิริยาในระยะควบแน่นยังรวมถึงการยับยั้งอนุมูลอิสระกลไกอิทธิพลของความหนืดพอลิเมอร์หลอมเหลวและผลของการเคลือบพื้นผิว
แผนผังของสารหน่วงไฟเช่นการยับยั้งอนุมูลอิสระและการก่อตัวของถ่าน
โดยปกติแล้วหน้าที่หลักของสารหน่วงไฟปฏิกิริยาในวัสดุหน่วงไฟคือการสร้างก๊าซที่ติดไฟไม่ได้เมื่อโพลิเมอร์ถูกเผาเจือจางความเข้มข้นของก๊าซที่ติดไฟได้ลดผลกระทบทางความร้อนของวัสดุในระหว่างการเผาไหม้และการสลายตัวและเพิ่มผลคาร์บอนไดออกไซด์ ปริมาณขัดขวางการถ่ายโอนออกซิเจนและความร้อน นอกจากนี้หลังจากวัสดุพอลิเมอร์บางชนิดได้รับการรักษาด้วยสารหน่วงไฟปฏิกิริยาอุณหภูมิการจุดระเบิดจะเพิ่มขึ้นอย่างมากและผลของสารหน่วงไฟก็ประสบความสําเร็จเช่นกัน
การประยุกต์ใช้ในยูรีเทน
โพลียูรีเทน (PU) เป็นโพลิเมอร์ที่ประกอบด้วยหน่วยอินทรีย์ที่เชื่อมโยงกันด้วยยูรีเทนและมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายเช่นความต้านทานเสียงรบกวนที่ดีฉนวนกันความร้อนและความต้านทานการสึกหรอ หากไม่มีการรักษาสารหน่วงไฟดัชนีออกซิเจนที่ จํากัด (LOI) ของวัสดุยูรีเทนจะอยู่ที่ประมาณ 18% ซึ่งง่ายต่อการเผาไหม้และปล่อยความร้อนและก๊าซพิษจํานวนมากที่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ ในปัจจุบันสารหน่วงไฟโพลียูรีเทนทําปฏิกิริยาโดยทั่วไปแนะนํากลุ่มที่มีฟังก์ชั่นสารหน่วงไฟเข้าสู่โครงสร้างโมเลกุลของยูรีเทนผ่านปฏิกิริยาการปลูกถ่ายอวัยวะเพื่อปรับปรุงผลสารหน่วงไฟและความมั่นคงทางความร้อนของวัสดุยูรีเทนในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง
ในการดัดแปลงสารหน่วงไฟของวัสดุยูรีเทนสารหน่วงไฟที่มีฟอสฟอรัสใช้มากที่สุดไม่เพียง แต่มีผลหน่วงไฟที่ดี แต่ยังมีควันต่ําและการปกป้องสิ่งแวดล้อม หลักการคือการแนะนําฟอสฟอรัสลงในยูรีเทนในรูปแบบของพันธะเคมีเช่นพันธะ P-O หรือ P-C ในโครงสร้างวัสดุพันธะโควาเลนต์เหล่านี้มีพลังงานพันธะขนาดใหญ่และมีเสถียรภาพที่แข็งแกร่ง
วัสดุโพลียูรีเทนสารหน่วงไฟที่มีปฏิกิริยาไนโตรเจนซึ่งประกอบด้วยสารหน่วงไฟโดยทั่วไปจะแนะนํากลุ่มเมลามีนเข้าสู่โครงสร้างยูรีเทนผ่านพันธะโควาเลนต์ เมลามีนเป็นสารประกอบผลึกที่มีเสถียรภาพประกอบด้วย 67% ของอะตอมไนโตรเจน อุณหภูมิถึง 350 °C มันระเหิดดูดซับพลังงานจํานวนมากและลดอุณหภูมิโดยรอบ และที่อุณหภูมิสูงขึ้นเมลามีนสลายตัวเพื่อผลิตไนโตรเจนและสร้างคอนเดนเสทที่มีเสถียรภาพทางความร้อน
เมื่อเทียบกับการแนะนําขององค์ประกอบสารหน่วงไฟเดียวสารหน่วงไฟปฏิกิริยาที่มีองค์ประกอบสารหน่วงไฟสองชิ้นขึ้นไปจะดีกว่าในแง่ของผลสารหน่วงไฟและความมั่นคงทางความร้อน
