افزایش مقاومت فوم پلی یورتان درمقابل اتش با مواد کند سوز

مقاومت فوم پلی یورتان در مقابل آتش یا میزان شعله پذیری با مواد کندسوز

کنترل فوم پلی یورتان درمیزان شعله پذیری با مواد کندسوز کنترل می شود.شامل میزان وسرعت آتش گرفتن ,سرعت سوختن فوم ومیزان دودمتصاعدشده از شعله آتش بستگی دارد.درانتخاب مواد کندسوز شعلهباید به مواردی شامل سازگاری بامواداولیه وافزودنی های پلی یورتان وعدم مهاجرت از فوم تشکیل شده را مد نظر قرار داد.خواص فیزیکی فوم تشکیل شده حدالامکان می بایست ثابت بماندودرحین آتش گرفتن نباید از خود دود ویا گازهای سمی منتشرنماید.

مزیت مواد کندسوز فوم پلی یورتان نسبت به آتش

گاهی بنا بردلایل فنی مقاومت فوم پلی یورتان نسبت به آتش افزایش یابد.یکی از موثرترین روش های تبدیل فوم پلی یورتان به مواد کندسوز اضافه کردن ترکیبات هالوژنه به داخل مواد پلی یورتان می باشد.

معمولا اکثر مواد کند سوز ، با وجود کمک به کاهش سرعت سوختن فوم پلی یورتان، تاثیرات مخربی بر کیفیت فوم  نهایی خواهد گذاشت که از جمله  می توان به تغییر رنگ و تخریب کیفیت فوم در حین فرآیندپخت فوم، سوختن و هیدرولیز سریع فوم در تماس با آب اشاره نمود لذا استفاده از مواد کندسوز جدید که این معایب را به  حداقل برساند ضروری است.

فوم پلی یورتان به عنوان یک ترکیب آلی با قرار گرفتن در معرض شعله در حضور اکسیژن ( مثلث آتش) خواهد سوخت. حالت فیزیکی پلی یورتان هم تاثیر زیادی بر سرعت سوختن خواهد گذاشت. به عنوان مثال، فوم های نرم پلی یورتان (مانند فوم مبلی) به عنوان یک فوم سلول باز، دارای مساحت سطح بالایی است که امکان نفوذ مقدار زیادی هوا ( اکسیژن) به داخل آن را فراهم می سازد که باعث سوختن و آتش گرفتن سریع فوم می گردد. به همین دلیل و به منظور کاهش سرعت انتشار شعله در فوم پلی یورتان، معمولا موادی به داخل مواد اولیه پلی یورتان اضافه می شود که اصطلاحا مواد تاخیر انداز شعله، کندسوز کننده شعله یا بازدارنده آتش معروفند. البته گاهی به این مواد فوم نسوز نیز به اشتباه گفته می شود که همانطور اشاره شد، فوم پلی یورتان با توجه به اینکه یک ترکیب آلی می باشد، افزودن مواد کند سوز فقط سرعت انتشار آتش را کاهش می دهد. همچنین باید توجه داشت که انتخاب نوع و میزان مواد کند سوز بستگی به انتظارات ما و کاربرد فوم پلی یورتان دارد که در آزمایشگاه و تحت استانداردها ( مثلا استاندارد B2) و شرایط خاصی صورت می پذیرد.

در فوم نرم پلی یورتان ( فوم سرد یا گرم) که عمدتا در صنایع مبل و صندلی خودرو مورد استفاده قرار می گیرد، پر مصرف ترین تاخیر انداز شعله استرهای فسفات کلر می باشد. پارافین کلره و پودر ملامین نیز از دیگر مواد کند سوز رایج در بازار می باشد. با این وجود، افزودن مواد کند سوز در ترکیب پلی یورتان می تواند مشکلاتی نیز ایجاد کند. بر اساس تئوری، ترکیبات هالوژنه در فاز گاز عمل می کنند و در فرایند سوختن رادیکال های آزاد اختلال ایجاد می کنند و در نهایت موجب افزایش مقاومت به آتش فوم پلی یورتان می گردد.

مواد کند سوز جامد

معمولا به دلیل اینکه ترکیبات و افزودنی های تشکیل دهنده فوم پلی یورتان مایع می باشند، مواد کند سوز مایع به جامد ترجیح داده می شوند. با این حال، مواد کند سوز جامد که معمولا از لحاظ هزینه به صرفه تر می باشند، نیز در حال استفاده در صنایع پلی یورتان می باشند.  مواد بازدارنده شعله جامد دارای معایبی از جمله نیازبه یک حامل برای دوغابی و روان نمودن ذرات جامد و استفاده در فاز مایع دارند. همچنین طول عمر دستگا ه های اندازه گیری و پمپ ها به دلیل طبیعت ساینده بودن ذرات جامد کند سوز معلق در مایع پلی یورتان، کاهش می یابد.

پلیمر پی وی سی به شکل پودر یا پولک یک تاخیر انداز در شعله نرم و ارزان است و معمولا در مواقع نیاز به استاندارد های تست شعله متوسط استفاده می گردد. نگرانی هایی در مورد ایجاد اسید کلریک در حین آتش گرفتن فوم حاوی پی وی سی وجود دارد. فسفات های آمونیوم با استرهای فسفات هالوژنه مایع از دیگر مواد کند سوز جامد مورد استفاده است.

تری هیدرات آلومینیوم به عنوان ماده کند سوز فوم پلی یورتان

ترکیبی از مواد کند سوز مایع و جامد اثرات مخرب کمتری بر خواص فیزیکی فوم در مقایسه با مواد کند سوز جامد یا مایع به تنهایی دارد. در فوم پلی یورتان با برگشت پذیری بالا (HR)، ترکیباتی مانند تری اکسید آنتیموان، تری هیدرات آلومینا در کنار استر فسفات هالوژنه مایع استفاده می شود. حضور هر دو ترکیب کلردار و فسفری در بهبود عملکرد  فوم کند سوز موثر است.

افزودن تری هیدرات آلومینیوم موجب کاهش سرعت شعله وری فوم پلی یورتان می گردد و در عین حال دود حاصل از سوختن فوم را به حداقل می رساند. هیدروکسید آلومینیوم در دمای ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد به اکسید آلومینیوم و آب تجزیه می گردد. اثر بخشی هیدروکسید آلومینیوم در کندسوز نمودن فوم پلی یورتان به این صورت است که گرمای مورد نیاز برای تجزیه از سیستم تامین می شود و بخار آب تولید شده، گاز حاصل از تجزیه پلیمر را رقیق می کند. اکسید آلومینیوم تولید شده نیز به عنوان یک لایه عایق  از انتشار گرما جلوگیری می کند.

پودر ملامین از لحاظ هزینه مناسب تر است، دانسیته پایین تری دارد و هنگامی که به همراه کند سوز فسفات ( مانند پلی فسفات آمونیوم) استفاده می شود  اثر بخشی بیشتری در فوم نرم مبلی دارد. ملامین در حین سوختن ذوب شده که به عنوان عایق از توسعه و انتشار شعله در  فوم پلی یورتان در حال سوختن جلوگیری می کند  و همچنین یک گاز غیر قابل اشتعال تولید می کند.

 مواد کندسوز مایع

به دلیل کارایی بالا، ترکیبات حاوی هالوژن پیوند خورده آلیفاتیکی یا ترکیبی از مواد هالوژن آلیفاتیکی و فسفری در میان اولین مواد کند سوز مورد استفاده در صنعت به شمار می آیند. بسیاری ازمعیارهای استاندارد فوم مبلی و فوم صندلی خودرو را می توان با افزودن ۵ تا ۱۰ درصد استرهای فسفات کلر بر آورده ساخت.

یکی از پرکاربردترین مواد کند سوز مورد استفاده در فوم نرم و فوم سخت، استرهای فسفات کلر می باشد. این مواد تاثیر مهمی بر کاهش احتمال آتش گرفتن فوم در توسط یک عامل گرمایی ناچیز دارد و همچنین تاثیر قابل توجهی بر کاهش سرعت سوختن بدون ایجاد اثرات منفی بر فرایند پذیری مواد اولیه پلی یورتان و کیفیت فوم نهایی خواهد دارد.

مواد کند سوز مایع پر مصرف ترین نوع در فوم نرم پلی یورتان اند (همانند ماده کند سوز TCPP) اما با وجود مزیت در راحتی کار با آنها و سازگاری با دیگر مایعات ترکیب پلی یورتان، دارای معایبی نیز هستند. یکی از این مشکلات فراریت آنهاست، دمای داخلی فوم پلی یورتان در حین آتش سوزی به بالای ۱۶۰ درجه سانتی گراد می رسد و مایعات فرار با وزن مولکولی پایین که قادر به تبخیر شدن از فوم دارند بر شدت آتش سوزی اثر می گذارد.

یک مشکل حتی بزرگتر در رابطه با فرایند پخت گرمازای فوم پلی یورتان، تغییر رنگ فوم به دلیل پایداری حرارتی پایین مواد کند سوز مایع می باشد. این رنگ زدایی یا سوختن، بیشتر در مواد کند سوز حاوی هالوژن های آلیفاتیک رایج است. پیشنهاد شده که میزان اسیدی بودن به خاطر هیدروهالوژن زدایی، اکسیداسیون پلی ال را تسریع می کند.

نقش برم با پیوند آروماتیکی موجب کاهش سوختن و رنگ زدایی فوم می شود و مواد کند سوز حاوی برم در فوم های نرم پلی یورتان به منظور جلوگیری از سوختن فوم مورد استفاده قرار می گیرند. اسید های هیدروهالوژنه تشکیل شده باعث کاهش مقاومت تراکم پذیری (IFD) در فوم های نرم پلی یورتان می شود.

تجزیه هیدرولیتی مواد کند سوز نیز می تواند یک مشکل محسوب شود به ویژه در فوم پلی یورتان پلی استر که با قرار گیری در معرض رطوبت در دمای بالا فرسوده می شود. مشکل دیگر مربوط به ناپایداری هیدرولیتی مواد کندسوز سرعت پخت محصول نهایی است. نمونه های اسیدی تولید شده سبب خنثی شدن کاتالیست های آمینی و فلزی می گردد که منجر به کند شدن فرایند پخت فوم می گردد.