ادامه مقالات و آموزشهای رایگان

افزودنی های ضدحریق در پوشش و رنگ های صنعتی

الیاف ممکن است به فرمولاسیون رنگ برای افزایش خواص پوشش و کاهش هزینه اضافه شود. برای سال‌ها، الیاف به‌عنوان یک جزء کلیدی در فرمولاسیون رنگ‌های ضدحریق متورم شونده استفاده می‌شود. از دیگر کاربردها می توان به پوشش های ساختمانی، صنعتی و کاربردهای ویژه اشاره کرد. الیاف یک شبکه ریز درون لایه پوشش ایجاد می کنند که فیلم های پوششی قوی، بادوام و بسیار موثر ایجاد می کند. مقادیر کم الیاف می تواند در کاهش مقدار رزین های مصرفی مورد نیاز بسیار پوشش موثر باشد. به دلیل تاکید نظارتی بر روی پوشش‌های با VOC کم، الیاف به بهبود و بازیابی بهتر خواص مکانیکی کمک می‌کنند که گاهی اوقات نیاز به تغییر فرمولاسیون به پوشش‌های پایه آبی یا کم VOC از بین می‌روند.

 برخی از الیاف بر پایه مواد معدنی هستند و از سنگ های آتشفشانی با خلوص بالا تهیه شده اند. به دلیل ترکیب شیمیایی با آلومینا بالا و مقادیر سیلیس کم آنها به عنوان غیر سرطان زا طبقه بندی می شوند. این نوع الیاف می توانند دارای آمایش سطحی با سورفکتانت های کاتیونی، سولفورسیلان ها، آمینوسیلان ها و لاستیک  ها باشند.

 کاربردهای الیاف اضافه شده به پوشش شامل رنگ های ضدحریق متورم شونده است. الیاف ماده اولیه مناسبی برای پوشش های ضدحریق متورم شونده هستند زیرا پایداری حرارتی و سایزبندی های  متنوعی دارند. بسیاری از الیاف تا دمای 750 درجه سانتیگراد (~1380 درجه فارنهایت) از نظر عملکردی پایدار هستند و برخی از آنها شکل خود را بالای 1000 درجه سانتیگراد حفظ می کنند.

 در رنگ‌های  ترافیکی، الیاف دانه های شیشه‌ای (گلاسبید) بازتابنده نور را طولانی مدت نگه می‌دارند و در نتیجه عمر بازتابی پوشش را طولانی‌تر می‌کنند. آنها همچنین در پوشش های بام مفید هستند، فیلم  رنگ را تقویت کرده و مقاومت در برابر خراشیده شدن و ضربه و مقاومت در برابر تخریب UV را ایجاد می کنند. هنگامی که در پوشش های کف مورد استفاده قرار می گیرند، خاصیت لغزندگی ندارند. در پوشش های دریایی الیاف استحکام و انعطاف پذیری عالی را ارائه می دهند.

 افزودن الیاف باعث افزایش ویسکوزیته می شود. با این حال، در نرخ های برش بالا، تاثیرات آن چشم گیر نیست . در نرخ های برش پایین، تفاوت قابل توجه تر می شود. این ویژگی های رئولوژیکی به کاربر اجازه می دهد تا با کاهش تمایل به شره، لایه های ضخیم تری را اجرا کند.

تاخیر اندازهای شعله در پوشش ها:

مواد شیمیایی یا فرآورده های شیمیایی که اشتعال پذیری را کاهش می دهند یا گسترش شعله را به تاخیر می اندازند.

 احتراق زمانی اتفاق می افتد که یک ماده در حضور اکسیژن تا دمای قابل اشتعال خود گرم شود. همانطور که گرم می شود شروع به تجزیه می کند و در حین این کار شعله های آتش تولید می کند. با گذشت سالها، ما به طور فزاینده ای نسبت به ایمنی آگاه شده ایم و به همین دلیل، نگران مصالحی هستیم که در ساخت و تکمیل ساختمان ها استفاده می شود. این شامل پوشش ها می شود. استفاده از یک پوشش ضد شعله می تواند به کاهش قابلیت احتراق آن سطح پوشش داده شده کمک کند.

 تاخیراندازهای شعله  ترکیباتی هستند که در اثر حرارت به قطعات غیر قابل اشتعال تجزیه می شوند. این قطعات توانایی کند کردن گسترش شعله را دارند و حتی ممکن است واکنش احتراق را به تاخیر بیاندازند یا سرکوب کنند. این کار با سرکوب در دسترس بودن اکسیژن، ایجاد لایه های محافظ با برجای گذاشتن خاکستر در سطح، مهار واکنش احتراق در ناحیه شعله، یا مکانیسم های دیگر انجام می شود.

 ترکیبات معدنی که به عنوان بازدارنده شعله استفاده می شوند عبارتند از تری هیدروکسید آلومینیوم [Al(OH)3]، هیدروکسید منیزیم [Mg(OH)2] و اسید بوریک. بازدارنده های آلی شعله به دو دسته تقسیم می شوند: (1) ترکیبات فسفر مانند استرهای اسید فسفریک و فسفونیک، مانند محصولات پلی فسفات آمونیوم با زنجیره پلیمری بلند. و (2) ترکیبات هالوژنه مانند پارافین های کلردار، دی برومونوپنتیل گلیکول، انیدرید اسید تترا بروم فتالیک، دی فنیل بروم ، کلر و برم حاوی پلی ال ها یا ترکیبات دی فنیل اکسید همراه با تری اکسید آنتیموان.

 پارافین‌های کلردار مایع مقاومت پوشش‌ها در برابر شعله را بهبود می‌بخشند، افزودنی مقرون‌به‌صرفه اکثر رزین‌ها هستند و می‌توانند نرم‌کننده‌های غیرفرار نیز باشند. آنها همچنین چسبندگی، مقاومت در برابر آب و شیمیایی و مقاومت در برابر نفت و گاز را بهبود می بخشند. دیسپرسیون  و امولسیون‌های پارافین‌های کلردار رزینی و مایع در دسترس هستند و به دلیل پایه‌های غیریونی در سیستم‌های امولسیونی کاتیونی و آنیونی مفید هستند. آنها علاوه بر کمک به تاخیر در شعله، چسبندگی را بهبود می بخشند، مقاومت شیمیایی و آب ایجاد می کنند و به کاربر اجازه می دهند سیستم های آبی را به جای حلال فرموله کنند. کاربردها شامل پوشش های لاستیکی، کاغذ و پوشش های پارچه می باشد.

 ترکیباتی که باعث تشکیل زغال یا خاکستر در سطح می شوند، به ویژه آنهایی که دارای تعداد زیادی پیوند دوگانه کربن-کربن هستند یا آنهایی که متورم می شوند (رنگ‌های ضدحریق متورم شونده)، مانند سلولز و مشتقات قند و ملامین ها، نیز برای تقویت کندگی خاصیت ضدحریقی استفاده می شوند.

 بورات روی در بسیاری از پوشش‌های ضد حریق و متورم شونده، معمولاً در ترکیب با کلروواکس یا برخی ترکیبات هالوژنه دیگر استفاده می‌شود. سایر افزودنی های ضد حریق، مانند اکسید آنتیموان و/یا تری هیدرات آلومینا نیز برای ایجاد هم افزایی که منجر به درجه بالایی از بازدارندگی در آتش می شود، استفاده می شود. بورات روی به عنوان یک ضد حریق و از بین برنده دود عمل می کند.

 برخی مونومرها - کوپلیمرهای وینیل کلرید و وینیلیدین کلرید - نسبت به پلیمرهای غیرکلردار کمتر قابل اشتعال هستند، اما از آنجایی که کلر نسبت به برم یا فسفر موثرتر است، بازدارنده های شعله افزودنی هنوز مورد نیاز است.

 همچنین در این زمینه کار بر روی استفاده از توری های مبتنی بر دی برومو استایرن انجام شده است. کوپلیمرهای دی برومواستایرن با مونومرهای مختلف بسته به Tg مورد نظر پوشش نهایی قابل کاربرد هستند. توری های بوتادین و اکریلیک بر پایه دی برومو استایرن دارای خواص فیزیکی مطلوب برای استفاده در پوشش ها، چسب ها و درزگیرها هستند.

 پوشش‌های ضد حریق که غیر متورم شونده هستند از طریق وجود افزودنی‌های خاص، کندی ایجاد می‌کنند. رایج ترین مورد استفاده تری اکسید آنتیموان است که با مواد هالوژنه مانند پارافین های کلردار استفاده می شود. تری اکسید آنتیموان به تنهایی موثر نیست. مخلوط با گونه هالوژنه بسیار موثر است.

بورات روی و متابورات باریم نیز برای بهبود عملکرد تری اکسید آنتیموان استفاده می شود. هنگامی که آنها ذوب می شوند، یک ماده شیشه مانند را تشکیل می دهند که زیرلایه را از شعله های آتش می بندد.

 فسفات‌ها همچنین افزودنی‌های بازدارنده خوبی هستند و در طول آتش‌سوزی، اسید فسفریک آزاد می‌کنند که سلولز را به ذغال  و خاکسترو سایر مواد غیرقابل اشتعال تبدیل می کند .

 یک ضد شعله جدید و کم بار، FlexB، یک افزودنی مبتنی بر بور و غیر هالوژنه برای نایلون، اپوکسی ها و پوشش های پایه آبی است. آزمایش مواد رتبه بندی UL-94 V-0 را با میزان استفاده در فرمولاسیون آن کمتر از 3٪ است. FlexB کار آیی بالایی نسبت به تاخیراندازهای شعله سنتی داشته در استفاده در درصد های وزنی بالاتر در فرمولاسیون بر وزن، استحکام و سایر پارامترهای فیزیکی تأثیر منفی می گذارد. FlexB به دلیل توانایی آن در اتصال به زنجیر پلیمر، نسبت به افزودنی‌های سنتی‌تر، تاخیر شعله بیشتری نشان می‌دهد، در نتیجه چهار سطح حفاظت را فراهم می‌کند: خروج گاز، تولید آب، ایجادذغال بهتر و محافظ حرارتی.

 پوشش های ضدحریق متورم شونده  به ویژه جالب هستند زیرا وقتی در معرض گرمای شدید شعله قرار می گیرند، این عوامل تا حدود صد برابر حجم اولیه خود منبسط می شوند. در این فرآیند آنها از جریان یافتن اکسیژن جلوگیری می کنند.

 پوشش‌های متورم شونده ، پوشش‌های ضد حریق هستند که در هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بالا و تشکیل یک لایه محافظ عایق بر روی زیرآیند ، از زیرکار محافظت می‌کنند. در ابتدا این نوع پوشش، زمانی که در معرض دمای بالا قرار می گیرد، زغال می شود و به شدت منبسط می شود تا با تشکیل یک مانع فوم مانند، گسترش شعله را به تاخیر بیاندازد. پوشش منبسط شده اغلب بیش از 100 برابر ضخامت پوشش اصلی دارد.

افزودنی متورم شونده در رنگهای ضدحریق عواملی هستند که در هنگام گرم شدن گاز بی اثر تولید می کند و در نتیجه باعث تشکیل ساختار کف مانند با خاصیت عایق می شود.

پوشش های متورم از اجزای مختلفی تشکیل شده اند که اثربخشی آنها به طور قاطع تحت تأثیر نسبت های اختلاط انتخاب شده است. اجزای حیاتی عبارتند از منبع اسید، بایندر، عامل دمنده، ترکیب کربنی و نرم کننده. این مواد به شدت بر خواص پوشش مانند مقاومت در برابر گرمسیری یا آب تأثیر می گذارد.

گرافیت های ورقه ای متورم شونده

گرافیت ورقه‌ای متورم شونده که به عنوان «گرافیت قابل انبساط» نیز شناخته می‌شود، یک ترکیب ترکیبی سنتز شده از گرافیت است که هنگام گرم شدن منبسط یا ایجاد لایه اضافی می کند. هنگامی که به پوشش ها اضافه می شود، گرافیت شعله ور می تواند به روش های مختلف به عنوان یک مهار کننده آتش عمل کند. سرکوب حریق ممکن است تحت تأثیر مکانیسم های زیر قرار گیرد.

• تشکیل یک لایه زغالی. گرافیت منبسط شده یک لایه "ذرات" بین جلوی شعله یا گرما و زیرلایه تشکیل می دهد. این لایه محافظی را فراهم می کند که به طور موثر زیرکار را از گرمای تابشی، اکسیژن و تماس مستقیم با شعله عایق می کند.

• جذب گرماگیر. عمل ایجاد لایه اضافی گرافیت گرماگیر است. گرافیت قابل انبساط در معرض گرما، به ویژه از جلوی شعله، گرما را در طول واکنش لایه برداری جذب می کند و به طور موثر گرما را از منبع حذف می کند.

• خروج گاز. واکنش ایجاد لایه با خروج گاز همراه است زیرا مواد درونی تجزیه می‌شوند و به عنوان محصولات تجزیه گازی فرار می‌کنند. تا 20 درصد از توده گرافیت شعله ور ممکن است به عنوان محصولات گازی غیر قابل اشتعال از بین برود. این گازها ممکن است برای جابجایی اکسیژن در جلوی شعله پیشروی عمل کنند.

 گرافیت متورم شونده در خلوص 80 تا 99 درصد کربن موجود است. هر دو سایز درشت و ریز در دسترس هستند. درجه تشدید، همچنین به عنوان "انبساط پذیری" شناخته می شود، به طور کلی از 80-300٪ افزایش حجم متغیر است. سایزدرشت تر از سایز ریزتر بهتر منبسط می شوند. محصولات را می توان به عنوان pH پایین (اسیدی)، خنثی و بالا (قلیایی) مشخص کرد تا امکان سازگاری با انواع سیستم پایه آبی و پایه حلالی را فراهم کند.

 اگرچه گرافیت متورم شونده برای سال‌ها در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گرفته است، اما افزودنی جدیدی در صنعت پوشش‌ها محسوب می‌شود. این محصول منحصر به فرد ممکن است به عنوان یک افزودنی پرکاربرد و  اساسی در توسعه پوشش های مقاوم در برابر آتش برای پاسخگویی به نیازهای قرن بیست و یکم باشد.