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난연성 경질우레탄폼의 화재 성능, 연기 발생 및 연소가스 분석(4)

 2) 인계 난연제

 

     인계 폴리에테르 및 폴리에스테르를 포함하는 난연성 경질우레탄폼에서 많은 발전이 있었지만, 이러한 난연제는 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 셀룰로오스와 같은 산소 또는 질소 함유 중합체에서 종종 훨씬 더 효과적이라고 여겨집니다. 폴리머 베이스와는 무관하게, 인은 여러 가지 방식으로 첫째, 응축 단계에서 숯 형성, 팽창 또는 무기 유리 형성을 향상시킴으로써 난연 작용을 촉진할 수 있습니다. 중합체 구조의 건조는 고리화, 교차 가교, 방향족화 또는 흑연화를 유도하고, 인산 화합물에 의해 생성될 수 있는 인산은 또한 교차 가교로 작용하고 폴리 인산염과 같은 무기 유리의 형성을 유발할 수 있습니다. 둘째, 인은 또한 수소 및 수산기가 PO-라디칼로 대체되는 화염 억제를 통해 기체상에서 작용할 수 있으므로, 가스 상에서 탄화수소 반응의 산화를 늦출 수 있습니다.

 

     인을 함유한 화합물의 열분해로 인산이 생성되면, 그것은 쉽게 응축되어 폴리 인산을 생성하여 다음 반응에 따라 산화 가스 단계를 희석하는 수증기를 다음 반응에 따라 방출합니다.

     폴리머 끝 체인의 탈수 반응은 또한 난연제를 함유한 일부 인산의 상호작용을 통해 촉매화되며, 그 결과 고도로 가교된 탄소질 숯의 보호 층을 형성합니다. 표면에 쌓일 때, 탄화층()은 화염으로부터 중합체를 분리 및 보호하여 연소 물질의 표면을 절연시키고 중합체 메트릭스 안으로 열의 흐름을 제한합니다. 이는 연료의 휘발을 감소시키고 또한 폴리머의 열 저하에 기인하는 가연성 가스의 외부 흐름을 방해하는 동시에 연료 표면으로의 산소 확산을 제한합니다. 순 효과는 연료와 산소의 혼합 및 가용성 감소를 통한 반응 강도의 감소로 인한 화학적일 뿐만 아니라 열적 효과로서 숯 형성 반응은 흡열성이고 숯 보호의 단열 층은 직접 가열로부터 대량의 물질을 보호하며 시간이 지남에 따라 연료 표면의 냉각으로 이어집니다.

 

     일반적으로 인 함량이 높을수록, 더 많은 인 풍부 잔류물은 열분해 동안 형성되어 중합체 표면의 숯 수율이 증가됩니다. 동시에 표면에서 숯 형성은 실제 소비되는 탄수화물이 적다는 것을 의미하며, 결과적으로 발생하는 화재 유출 가스의 양이 감소합니다. 또한 숯 형성은 종종 연소 생성물을 희석시킬 수 있는 수증기의 방출을 동반합니다. 이러한 모든 효과는 인과 같은 난연제 첨가제를 형성하는 응축 단계()의 난연 작용에 영향을 미칩니다.

 

     난연제 작용을 추가로 향상시키기 위해, 일부 인계 난연제 화합물은 PO2, PO HPO와 같은 활성 라디칼 종을 형성하고 또한 휘발할 수 있습니다. 위에서 논의된 할로겐 난연제 첨가제의 경우와 같이, 이들은 높은 반응성 H OH 라디칼의 제거제로 작용하여 탄화수소 연소를 유발하는 반응의 효율을 추가로 감소시키거나 심지어 억제할 수 있습니다. 그러나 발생하는 증기 단계에는 잠재적으로 독성이 있는 인 함유 제품을 다양하게 포함하여 균형을 유지합니다. 이것은 다시 주요한 것 중 하나이지만, 아직 거의 연구되지 않은 바와 같이 인산염 기반 난연제 사용을 둘러싼 논쟁, 즉 화재 중 연기와 유독 가스 발생에 미치는 영향을 말해줍니다.

 

     인계 난연제를 포함하는 연구는 폼의 열분해 온도가 감소하여 연기 밀도를 증가시키는 반면 경질 폼에서 숯의 형성은 생성 가스에서 더 많은 CO의 생성을 촉진하는 것으로 나타났습니다. 인을 함유한 화합물의 난연 작용에 대해 수행된 대부분의 연구는 매우 작은 샘플로 수행되었으며, 주로 열 중량 분석(TGA), LOI UL94 등급과 같은 기술을 사용하여 다양한 재료에서 인계 난연제 첨가제의 농도 및 다른 유형의 화염 확산 및 점화, 열 안정성을 결정하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 경우에 따라, HRR THR과 같은 다른 화재성능 매개 변수는 콘칼로리미터 시험 방법을 사용하여 측정했으며, 일반적으로 샘플의 분해와 연소 중 독성가스 진화와 연기와 관련된 세부 사항을 조사하지 않았습니다.

 

     인계 화합물에 대한 대부분의 연구는 인계 첨가제와 다른 난연제의 시너지효과와 관련이 있습니다. 인계 난연제의 최근 진행에 대한 검토에서, Levchik은 응축 단계에서 숯 형성 또는 숯 증강제로서 또한 증기 단계 작용에 대한 인식이 증가하는 두 가지 작용 메커니즘을 가지고 있다고 제안했습니다. 이 두 가지 다른 작용 방식이 존재한다는 것은 인계 화합물의 많은 시너지 조합을 시사합니다. 이 검토는 또한 다른 인계 난연제가 우레탄폼의 열 안정성을 향상시킨다는 사실이 밝혀졌습니다.

 

     경질우레탄폼에서 PFR의 영향을 조사하기 위해, 본 연구는 인계 난연제가 숯의 형성 및 전반적인 화재성능 특성뿐만 아니라 분해 및 연소 중 연기 및 가스 생성의 특성 및 정도에 미치는 연향을 결정하기 위해 PFR의 다른 농도에서 동일한 기본 폼 배합에 대한 비교 연구에 초점을 맞추고 있습니다. PFR과 경질우레탄폼의 화재 성능 사이의 상호 작용을 더 자세히 이해하기 위해 동일한 기본 폼에 첨가된 단일 PFR 농도에 대한 체계적인 연구가 필요합니다.

 

     새롭게 등장하는 화재안전표준 및 규정으로 인해, 점점 증가하는 환경인식, 연기 밀도 및 가스 독성은 특히 인계 난연제가 고유한 특성을 갖기 때문에 평가에서 고려해야 할 중요한 매개 변수입니다. 예를 들어, 원하는 성능을 얻기 위해 이들은 중합체에 높은 수준의 하중이 필요할 수 있으며, 이는 또한 재료의 특성을 악화시킬 수 있습니다. 지금까지 사용된 인계 및 할로겐 화합물만큼 효과적인 난연제를 위한 탐구에서, 다양한 화재시험 상황에서 다른 난연제의 농도 범위에 대한 화재성능 파라미터를 특성화하기 위한 체계적인 연구를 수행하는 것이 그 어느 때 보다도 중요합니다. 팽창성 흑연은 다음 절에서 더 자세히 논의된 바와같이 그 공백을 메우는 것으로 발견된 후보 중 하나입니다.

 


[준불연 경질우레탄폼단열재 생산]