Забавители на горенето

Забавителите на горенето представляват химикали, които се добавят към горимите материали, за да ги направят по-устойчиви на възпламеняване. Те са предназначени да сведат до минимум риска от пожар в случай на контакт с малък източник на топлина като например цигара или свещ, и при възникване на електрическа неизправност.

Ако обработеният по този начин материал или съседен на него се запали, то забавителят на горенето ще намали скоростта на горивния процес и в повечето случаи ще предотврати разпространението на огъня до други предмети.

Тъй като терминът “забавител на горенето” описва функция, а не химичен клас, то има широка гама от различни химикали, които се използват за тази цел. Често те се прилагат в комбинации.

Това разнообразие от химикали е необходимо, тъй като материалите и продуктите, които трябва да се направят пожароустойчиви, са много различни по своя характер и състав. Например пластмасите имат широк спектър от механични и химични свойства и се различават по отношение на поведението си при горене.

Следователно, за тях трябва да бъдат пригодени подходящи забавители на горенето, за да могат да запазят ключовите си функционалности. Забавителите на горене са необходими, за да се осигури пожароустойчивост и на изолационни материали от пяна и влакна, пени в мебели, матраци, дървени изделия, естествен и изкуствен текстил. Тези материали са широко използвани в части от електрическо оборудване, леки автомобили, самолети и строителни компоненти.

Типове забавители на горенето и тяхното приложение
Чрез химично и/или физическо въздействие забавителите на горене могат да възпрепятстват или дори да потиснат горивния процес. Действието им се проявява по време на определен етап от този процес, например при отделяне на топлина, разграждане, запалване или разпространение на пламъка.

Количеството забавител на горене, което трябва да се добави, за да се постигне желаното ниво на пожароустойчивост, варира от по-малко от 1% за високоефективни забавители на горенето до повече от 50% за неорганични пълнители. Типичните диапазони са от 5 до 20 тегловни процента.

Най-ефективното химическо въздействие може да се осъществи чрез:

• реакция в газовата фаза: процесът на изгаряне в газова фаза се прекъсва от забавителя на горенето, което води до охлаждане на системата, намаляване и евентуално потискане на отделянето на запалими газове.
• реакция в твърдата фаза: забавителят на горене изгражда овъглен слой и спира достъпа на кислород до материала, като осигурява бариера срещу топлинния източник (пламъка).

По-малко ефективното физическо въздействие може да се осъществи чрез:
• охлаждане: енергопоглъщащи (ендотермични) процеси, предизвикани от добавките и/или химично отделяне на вода, охлаждат субстрата до температура, по-ниска от необходимата за поддържане на процеса на горене.
• образуване на защитен слой (покритие): материалът се предпазва с твърд или газообразен защитен слой от необходимите за процеса на горене топлина и кислород.
• разреждане: инертните вещества (пълнители) и добавките отделят негорими газове които разреждат горимите компоненти в твърдата и газовата фаза.
Основните фамилии забавители на горене се базират на съединения, съдържащи халогени (бром и хлор), фосфор, азот, набъбващи съединения, минерали (на основата на алуминий и магнезий) и други като боракс, антимонов триоксид, нанокомпозити.

Бромирани забавители на горенето (BFR)
BFR обикновено се използват за придаване на пожароустойчивост на електрическо и електронно оборудване. Тази област отговаря за над 50-процентен дял от тяхното приложение – например в корпусите на телевизори и компютърни монитори. С течение на времето във вътрешността на тези устройства се натрупва прах и те започват да прегряват, а е възможно и възникването на къси съединения и други неизправности.

Печатните платки също трябва да имат пожароустойчивост, която в повечето случаи се осигурява от омрежен бромиран полимер под формата на епоксидна смола, изградена от тетрабромбисфенол-А (TBBPA). В допълнение, BFR се използват в кабели и кабелни съединения, например за употреба в сгради и превозни средства, както и в други строителни материали като изолационна пяна. Използват се и в специални платове за изработка на завеси, тапицерия за седалки в транспортните средства и обществените сгради, както и за мека мебел.

Забавители на горенето на базата на фосфорни съединения (PFR)
Класът на фосфорсъдържащите забавители на горенето покрива широк спектър от неорганични и органични съединения. Те имат широко приложение в стандартни и инженерни пластмаси, полиуретанови пени, термореактивни пластмаси, покрития и текстил и осигуряват добра пожароустойчивост. Най-важните забавители на горенето, съдържащи фосфор, са фосфатни естери, фосфонати и фосфинати, червен фосфор и амониев полифосфат.

Фосфатните естери се използват основно като забавящи горенето пластификатори в поливинилхлорид (PVC, алкил/арил фосфати) и инженерни пластмаси, особено в полифенилен оксид/полистирен с висока удароустойчивост (PPO/HIPS), смеси поликарбонат/акрилонитрил бутадиен стирен (PC/ABS) и поликарбонат (PC, например трифенилфосфат, резорцинол- и бисфенол А-бис-(дифенил) фосфат).

Последните са широко използвани в ИТ корпуси, изискващи високи нива на пожарна безопасност. Други приложения включват фенолни смоли и покрития. Добавки от вида на хлорирани фосфатни естери като три(2-хлоро-изопропил)фосфат (TCPP) и три(1,3-дихлоро-изопропил) фосфат (TDCP) се използват в гъвкави полиуретанови пени за мека мебел и автомобилни приложения. TCPP също се използва широко в твърдите PU изолационни пенопласти.

Фосфатите, фосфонатите и фосфинатите се използват като реактивни фосфорсъдържащи забавители на горенето в гъвкави полиуретанови пени за автомобилни и строителни приложения. Добавките от вида на органичните фосфинати са клас забавители на горенето, предназначени за използване в инженерните пластмаси, особено в полиамидите. Специфични реактивни фосфорни забавители на горене се използват в полиестерни влакна и за устойчиви на пране огнеустойчиви текстилни покрития. Други реактивни органофосфорни съединения намират приложение в епоксидни смоли в печатни платки.

Минерални забавители на горене
Алуминиевият трихидроксид (ATH) е най-широко използваният забавител на горенето на база тонаж. Той е евтин, но обикновено изисква по-големи концетрации в полимерите до повече от 60%, тъй като механизмът за забавяне на горенето се основава на отделянето на вода, която охлажда и разрежда зоната на пламъка. Магнезиевият хидроксид (MDH) се използва в полимери, които имат по-високи допустими температури на обработка, тъй като е стабилен до температури около 300°С спрямо ATH, който се разлага при около 200°C.

Други неорганични пълнители като талк или креда (калциев карбонат) не са забавители на горенето в общия смисъл на понятието, но чрез разреждане на запалимия полимер те намаляват неговата запалимост и пожароопасност.
Фини утайки от ATH и MDH (

Азотсъдържащи забавители на горенето
Могат да бъдат разграничени три химични групи: чист меламин, меламинови производни, т. е. соли с органични или неорганични киселини като борна, цианурова, фосфорна или пиро полифосфорна киселина и меламинови хомолози.

Предполага се, че азотните забавители на горенето действат чрез няколко механизма: в кондензационната фаза меламинът се трансформира в омрежени структури, които благоприятстват овъгляването. При тези реакции се отделя амоняк. При съединяване с фосфора азотът подобрява закрепването на фосфора към полимера. Механизмът в газовата фаза включва освобождаването на молекулен азот, който разрежда летливите продукти от разграждането на полимерите.

Меламинът се използва главно в полиуретанови пени, докато меламин циануратът намира приложение в найлоните или в пропиленови набъбващи формулировки в комбинация с амониев полифосфат. Фосфатът, поли- и пирофосфатите на меламина съдържат както азот, така и фосфор, и се използват в найлоните. В някои специфични формулировки като реактивоспособни съединения се използват триазини, изоцианурати, карбамид, гуанидин и производни на циануровата киселина.