जागतिक पर्यावरणीय नियमांचे कडकीकरण आणि शाश्वत विकास संकल्पनांच्या सखोलतेसह,हॅलोजन मुक्त ज्योत retardantsपॉलिमर मटेरिअलच्या फ्लेम रिटार्डंट फेरफारसाठी मुख्य प्रवाहातील पर्याय बनले आहेत. पारंपारिक हॅलोजनेटेड ज्वालारोधकांच्या तुलनेत, हॅलोजन-मुक्त प्रणाली ज्वलनाच्या वेळी कमी धूर आणि संक्षारक वायू तयार करतात आणि पदार्थांसारखे विषारी डायऑक्सिन तयार करत नाहीत. तथापि, फॉस्फरस आधारित, नायट्रोजन आधारित, धातूचे हायड्रॉक्साईड्स आणि विस्तार प्रकार यासारख्या विविध हॅलोजन-मुक्त ज्वालारोधकांचे बाजारात भिन्न गुणधर्म आहेत. मटेरियल सिस्टीम्स आणि ॲप्लिकेशनच्या परिस्थितीवर आधारित वैज्ञानिकदृष्ट्या कसे निवडायचे हा तंत्रज्ञांना भेडसावणारा एक कळीचा मुद्दा बनला आहे. हा लेख अनेक आयामांमधून हॅलोजन-मुक्त ज्वालारोधकांच्या निवड तर्कशास्त्राचे विश्लेषण करेल.
हॅलोजन मुक्त ज्वालारोधक मुख्यत्वे दोन प्रकारे कार्य करतात: गॅस-फेज फ्लेम रिटार्डंट्स विघटित होऊन ऑक्सिजन आणि ज्वालाग्राही वायू पातळ करणारे न ज्वलनशील वायू (जसे की नायट्रोजन आणि पाण्याची वाफ) तयार करतात; कंडेन्स्ड फेज फ्लेम रिटार्डंट सामग्रीच्या पृष्ठभागावर कार्बन थर बनवते, उष्णता आणि ऑक्सिजन हस्तांतरण वेगळे करते. फॉस्फरस आधारित ज्वालारोधक (जसे की फॉस्फेट एस्टर आणि अमोनियम पॉलीफॉस्फेट) मुख्यत्वे घनरूप अवस्थेत कार्य करतात, तर नायट्रोजन आधारित ज्वालारोधक (जसे की मेलामाइन आणि त्याचे डेरिव्हेटिव्ह) वायू टप्प्यात अधिक कार्य करतात. हा मूलभूत फरक समजून घेणे ही निवड करण्याची पहिली पायरी आहे.
एकच ज्वालारोधक अनेकदा इच्छित परिणाम साध्य करण्यात अयशस्वी ठरतो. फॉस्फरस नायट्रोजन सिनेर्जिस्टिक प्रणाली ही सर्वात उत्कृष्ट संयोजन आहे, ज्यामध्ये अमोनियम पॉलीफॉस्फेट (ॲसिड स्त्रोत) चा वापर मेलामाइन (गॅस स्त्रोत) सह एकत्रितपणे एक दाट विस्तारित कार्बन थर तयार करण्यासाठी केला जातो, ज्यामुळे ज्वाला रोधक कार्यक्षमतेत लक्षणीय सुधारणा होते. मेटल हायड्रॉक्साईड्स (ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड, मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईड) मध्ये मोठ्या प्रमाणात जोडणी आवश्यक असते (सामान्यत: 50-60%), परंतु ऑर्गनोसिलिकॉन आणि झिंक बोरेट सारख्या थोड्या प्रमाणात सिनर्जिस्ट्ससह एकत्रित केल्यास, जोडण्याचे प्रमाण कमी केले जाऊ शकते आणि यांत्रिक गुणधर्म सुधारले जाऊ शकतात.
ध्रुवीय पॉलिमर (जसे की PA आणि PBT) मध्ये ध्रुवीय ज्वालारोधकांशी (जसे की फॉस्फरस आधारित) चांगली सुसंगतता असते आणि ते रासायनिक किंवा हायड्रोजन बाँडद्वारे एकत्र केले जाऊ शकतात, एकसमान फैलाव आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर कमीतकमी प्रभाव टाकून. नॉन ध्रुवीय पॉलीओलेफिन (PP, PE) हे इंटरफेसियल बाँडिंग सुधारण्यासाठी पृष्ठभागावर सुधारित मेटल हायड्रॉक्साइड्स किंवा मायक्रोएनकॅप्स्युलेटेड फ्लेम रिटार्डंट्स वापरण्यासाठी अधिक योग्य आहेत.
थर्मल स्थिरता एक प्रमुख तांत्रिक निर्देशक आहे.ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साइड200 ℃ पेक्षा जास्त विघटन करणे सुरू होते, म्हणून ते 200 ℃ पेक्षा जास्त तापमान असलेल्या अभियांत्रिकी प्लास्टिकवर प्रक्रिया करण्यासाठी योग्य नाही. 240-280 ℃ दरम्यान प्रक्रिया तापमान असलेल्या PBT आणि PA6 सारख्या सामग्रीसाठी, उच्च थर्मल स्थिरता फॉस्फरस आधारित ज्वालारोधक (जसे की हायपोफॉस्फेट्स) किंवा पृष्ठभागावर लेपित मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साइड निवडले पाहिजे.
पारदर्शक उत्पादनांना (जसे की PC, PMMA) अपवर्तक निर्देशांक जुळणारे ज्वालारोधक निवडणे आवश्यक आहे. ऑर्गेनिक सिलिकॉन फ्लेम रिटार्डंट्सचा पारदर्शकतेवर तुलनेने कमी प्रभाव पडतो, तर मेटल हायड्रॉक्साईड्समुळे तीव्र अणूकरण होऊ शकते. कणांच्या आकाराचे नियंत्रण महत्त्वाचे आहे आणि सबमायक्रॉन स्तरावरील ज्वालारोधक विखुरणे शक्य तितक्या मोठ्या प्रमाणात प्रकाश विखुरणे कमी करू शकतात.
लिमिटिंग ऑक्सिजन इंडेक्स (LOI) आणि कोन कॅलरीमेट्री चाचणी या मुख्य मूल्यमापन पद्धती आहेत. LOI मूल्य जितके जास्त असेल तितके हवेत जाळणे अधिक कठीण आहे (सामान्यत: 28% ज्वालारोधक मानले जाते). कोन कॅलरीमीटर पीक हीट रिलीझ रेट (पीएचआरआर) आणि एकूण उष्णता सोडण्याचा दर (टीएचआर) यांसारखे गतिज मापदंड मिळवू शकते, वास्तविक अग्नि परिस्थितीमध्ये वैज्ञानिकदृष्ट्या कार्यप्रदर्शन प्रतिबिंबित करते.
ज्वाला retardants जोडणे अपरिहार्यपणे यांत्रिक गुणधर्म प्रभावित करते. सिलेन कपलिंग एजंट्स आणि टायटॅनियम ॲसिड एस्टर ट्रीटमेंट यासारख्या पृष्ठभागाच्या सुधारणेची तंत्रे इंटरफेसियल बाँडिंग सुधारू शकतात; कण आकार ऑप्टिमायझेशन (1-5 μm इष्टतम आहे) आणि मॉर्फोलॉजी नियंत्रण (पत्रकासारखे मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईड क्यूबिकपेक्षा श्रेष्ठ आहे) तणाव एकाग्रता बिंदू कमी करू शकतात. फ्लेम रिटार्डंट्स, टफनिंग एजंट्स आणि स्नेहक यांचे गुणोत्तर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी टॅगुची पद्धत यासारख्या प्रायोगिक रचना वापरण्याचा सल्ला द्या.
ओले उष्मा वृद्धत्व (85 ℃/85% RH) आणि अतिनील वृद्धत्वानंतर ज्वाला मंदपणाचा टिकवून ठेवण्याचा दर व्यावहारिक उपयोगाची गुरुकिल्ली आहे. काही फॉस्फेट एस्टर फ्लेम रिटार्डंट्समुळे हायड्रोलिसिसचा धोका निर्माण होतो आणि टिकाऊपणा वाढवण्यासाठी मायक्रोएनकॅप्सुलेशन किंवा आण्विक संरचना बदल (सुगंधी रिंग्सचा परिचय) आवश्यक आहे.
स्तरित दुहेरी हायड्रॉक्साईड्स (LDH), मॉन्टमोरिलोनाइट आणि इतर नॅनोमटेरियल्स 3-5% च्या प्रमाणात जोडल्यास उष्णता सोडण्याचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या कमी करू शकतात आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर थोडासा प्रभाव पडतो, परंतु फैलाव समस्या सोडवणे आवश्यक आहे. कार्बन नॅनोट्यूब/ग्रॅफीन त्रि-आयामी नेटवर्क कार्बन लेयर बनवू शकतात, जी कार्यक्षम धुराचे दमन आणि ज्योत मंदतेसाठी एक नवीन दिशा आहे.
फायटिक ऍसिड, स्टार्च आणि लिग्निन यांसारख्या बायोमासपासून मिळणारे ज्वालारोधक हळूहळू व्यावहारिक होत आहेत. या सामग्रीमध्ये उच्च कार्बन सामग्री, चांगले कार्बनीकरण गुणधर्म आहेत आणि वर्तुळाकार अर्थव्यवस्थेच्या संकल्पनेला अनुरूप आहेत. जरी कार्यक्षमतेत अद्याप सुधारणा करणे आवश्यक आहे, परंतु ते अत्यंत उच्च पर्यावरणीय आवश्यकता असलेल्या क्षेत्रात लागू केले जाऊ लागले आहेत.
मटेरियल सिम्युलेशन टेक्नॉलॉजी (मॉलेक्युलर डायनॅमिक्स, मशीन लर्निंग प्रेडिक्शन) च्या विकासामुळे फ्लेम रिटार्डंट्सची निवड प्रायोगिक चाचणी आणि त्रुटीपासून तर्कसंगत डिझाइनकडे सरकत आहे. भविष्यात, उच्च कार्यक्षमता, कमी विषारीपणा, आणि एकाधिक कार्ये (स्मोक सप्रेशन, अँटी-ड्रिपिंग आणि एन्हांसमेंट) एकत्रित करणाऱ्या बुद्धिमान ज्वालारोधक प्रणाली संशोधन आणि विकासाचे केंद्र बनतील आणि सामग्री, ज्वालारोधक आणि प्रक्रिया यांच्यातील परस्परसंवादाची सखोल माहिती बनवण्याकरता सर्वोत्तम तंत्रज्ञान निवडण्यासाठी नेहमीच कोपरा असेल.
