Nghiên cứu chế tạo màng phủ chậm cháy ứng dụng bảo vệ bề mặt vật liệu xốp polystyren

Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo màng phủ chậm cháy thân thiện môi trường trên cơ sở chất tạo màng hệ nước kết hợp với các tác nhân chống cháy có khả năng phủ lên bề mặt sản phẩm dễ cháy

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển về kinh tế và sự tăng dân số ở các đô thị lớn, các công trình như khách sạn, tòa nhà, khu chung cư được xây dựng ngày càng nhiều Đi kèm với việc phát triển về mật độ xây dựng, các vụ cháy lớn xảy ra tăng lên một cách rõ rệt Khi xảy ra cháy nổ những đồ dùng bằng xốp, gỗ, nhựa, vải là loại vật liệu dễ bắt lửa nhất, sẽ sản sinh lượng nhiệt cao làm duy trì và phát triển đám cháy, ngoài ra còn tạo ra lượng khói lớn gây ngạt khí và giảm tầm nhìn làm cho người bị nạn khó thoát ra ngoài được Với tình hình cháy nổ xảy ra ngày càng tăng như hiện nay, đặc biệt thường xảy ra ở những tòa nhà cao tầng, các cửa hàng, siêu thị, quán xá, nhà máy … cùng với công tác chữa cháy đang gặp rất nhiều khó khăn cả về người và phương tiện, thì biện pháp cấp bách được đề cao là công tác phòng cháy, vì đó là biện pháp tích cực, chủ động, cơ bản và hiệu quả nhất

Theo thống kê của Cục Cảnh sát PCCC và CNCH, trong năm 2014 cả nước xảy

ra 2.375 vụ cháy (trong đó có 2.025 vụ cháy tại các cơ sở, nhà dân, phương tiện giao thông và 350 vụ cháy rừng) Đặc biệt là ở các công trình nhà hàng karaoke, quán bar thì lượng xốp cách nhiệt sử dụng nhiều, thêm nữa là hệ thống thiết bị điện chằng chịt thì nguy cơ cháy là rất lớn và khả năng dập tắt đám cháy ở ngay giai đoạn đầu của đám cháy là không cao do tính bắt cháy và lan cháy mạnh của xốp,

gỗ, vải Qua các vụ cháy ở nhà hàng karaoke có thể nhận thấy khi lực lượng PCCC

có mặt thì đám cháy đã thiêu rụi toàn bộ các đồ đạc bên trong, gây nguy hiểm tới tính mạng con người Nguyên nhân chính gây ra tử vong cho con người trong các

vụ cháy là khí và khói Do những tác hại nghiêm trọng gây ra mà từ lâu hỏa hoạn đã được xếp vào một trong bốn đại họa của loài người Vì vậy, việc sử dụng các vật liệu chống cháy ở các địa điểm có nguy cơ cháy cao là rất cần thiết, đảm bảo nguyên tắc phòng hơn tránh do các thiệt hại lớn mà cháy nổ gây ra

Tuy việc phòng cháy triệt để là phải loại trừ được toàn bộ các nguồn gốc gây cháy ra khỏi các hoạt động của con người, nhưng thực tế người ta vẫn chưa làm được điều đó, vì đây là một vấn đề hết sức phức tạp, khó khăn Nhiều vụ cháy xảy

ra do nguyên nhân ngoài khả năng khống chế của con người như: động đất, núi lửa,

sét đánh… Vì thế, song song với công tác nghiên cứu giải quyết tận gốc các nguồn gốc gây cháy và nổ, các nhà nghiên cứu đã và đang tiến hành sử dụng các vật liệu chậm cháy trong các hoạt động của đời sống con người, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất hậu quả do các vụ cháy gây ra Một trong số các vật liệu chậm cháy được

sử dụng phổ biến trên thế giới là sơn và màng phủ chậm cháy

Trong lĩnh vực sơn phủ, bên cạnh vấn đề đảm bảo tính năng kỹ thuật của màng phủ thì xu thế phát triển các sản phẩm hiện nay là phải đảm bảo tính thân thiện môi trường cho sản phẩm Việc sử dụng các lớp phủ bảo vệ trên cơ sở chất tạo màng hệ nước ngày càng tăng do những quy định về phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong sơn (VOC) Sơn hệ nước là một trong những hệ sơn thông thường có hàm lượng VOC thấp, cho phép sơn hệ nước có thể đáp ứng ngay cả những quy định nghiêm ngặt nhất Thông thường sơn hệ nước có mức VOC thấp hơn 150 g/l Hiện nay, sơn hệ nước chiếm khoảng 80% các loại sơn [1]

Với mục tiêu nghiên cứu chế tạo màng phủ chậm cháy thân thiện môi trường trên

cơ sở chất tạo màng hệ nước kết hợp với các tác nhân chống cháy có khả năng phủ lên bề mặt sản phẩm dễ cháy như xốp polystyren nhằm cải thiện tính chất chậm cháy của sản phẩm và không ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng, việc thực hiện

luận án “Nghiên cứu chế tạo màng phủ chậm cháy ứng dụng bảo vệ bề mặt vật liệu xốp polystyren” là rất cần thiết

 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu chế tạo và đưa ra được qui trình công nghệ chế tạo màng phủ chậm cháy thân thiện môi trường để phủ lên bề mặt xốp Polystyren Sản phẩm nghiên cứu cần đạt được một số chỉ tiêu chất lượng như trong bảng sau:

Chỉ tiêu chất lượng cần đạt của dung dịch màng phủ chậm cháy

TT Chỉ tiêu chất lượng Đơn vị

đo Mức chất lượng Tiêu chuẩn áp dụng

 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu lựa chọn hệ chất tạo màng để chế tạo màng phủ bảo vệ;

 Nghiên cứu lựa chọn các thành phần phụ gia chậm cháy;

 Nghiên cứu lựa chọn các thành phần phụ gia cải thiện tính chất màng phủ;

 Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện công nghệ để phân tán các chất phụ gia chậm cháy vào trong chất tạo màng;

 Nghiên cứu cấp phối chế tạo màng phủ;

 Nghiên cứu qui trình công nghệ chế tạo màng phủ;

 Ứng dụng thử nghiệm khả năng chống cháy theo tiêu chuẩn ISO 9772:2012

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về quá trình cháy

Diễn biến cháy của một vật liệu được xác định bởi các điều kiện bên ngoài như:

- Nhiệt độ

- Nguồn cháy (cường độ cháy)

- Nguồn cấp oxy

- Độ dày của lớp nền và hình dạng các bộ phận cấu thành

- Ảnh hưởng của các vật liệu đặt cạnh nhau

Các đặc tính nguyên bản như được nêu bên dưới cũng có ảnh hưởng lớn đối với diễn biến cháy:

- Nhiệt độ phân hủy (bắt đầu nhiệt phân)

- Tính dễ bắt cháy (nhiệt độ tự bắt cháy và chớp cháy)

- Nhiệt cháy

- Khả năng dẫn nhiệt

- Xu hướng hình thành than

- Dạng của khí cháy phát sinh

Quá trình cháy có thể chia thành 2 giai đoạn:

- Đầu tiên, phản ứng nhiệt phân xuất hiện trong pha ngưng tụ (nền rắn)

- Sau đó là quá trình oxi hóa của các sản phẩm nhiệt phân trong pha khí

Bước đầu tiên của quá trình cháy đối với chất dẻo dạng rắn là sự nhiệt phân của vật liệu Ở đó năng lượng liên kết của polyme mà nằm trong khoảng 200 tới 400 kJ.mol-1 đã bị vượt qua và liên kết bị bẻ gẫy; năng lượng cho quá trình hấp thu nhiệt vào chất dẻo dạng rắn và bẻ gãy liên kết được cung cấp bởi nguồn nhiệt bên ngoài (bức xạ hoặc ngọn lửa mở) hoặc bởi năng lượng tỏa ra của các quá trình tự cháy của vật liệu khác

Trong pha rắn, sự nhiệt phân của polymer tạo ra sản phẩm than hóa của các chất rắn trong trường hợp của polyme nhiệt dẻo; nếu nồng độ oxi thấp ở bề mặt phân chia pha khí/rắn, chỉ xảy ra quá trình cháy âm ỉ và cháy tàn

Trong một số trường hợp, khí cháy của quá trình nhiệt phân trong pha khí được trộn lẫn với oxi trong không khí sẽ bùng cháy và tỏa nhiệt mạnh, nhiệt của quá trình cháy sẽ phát sinh ra năng lượng bổ sung vào sự nhiệt phân của bề mặt nền và sự cháy có thể tiến triển với năng lượng được cung cấp từ bên trong Xuất hiện sự cháy lan với nhiệt độ lên tới 12000 C trong pha khí và khoảng 500 0C trên lớp mặt của pha rắn (Bảng 1.1)

Bảng 1.1: Quá trình cháy trong pha khí và pha rắn

Trạng thái đầu Bắt đầu cháy Cháy lan

Pha khí Oxi trong

không khí Khí cháy và khí không cháy

Oxi hóa và cháy tới 1200 0C Pha đặc Polymer  Nhiệt

phân ở 250 0C

Chất lỏng cháy Hình thành nên các cặn than

Cháy tàn và cháy

âm ỉ ở 500 0C Cân bằng

Tỏa nhiệt (+Q2) (Q2>Q1)

Phản ứng ở pha khí trong đám cháy gồm phản ứng chuỗi mà bắt đầu với việc gốc

tự do hoặc các phân tử được giải phóng bởi sự nhiệt phân của polymer và tiếp tục đẩy nhanh dù rất “nóng” “mãnh liệt” (phản ứng mạnh) làm các gốc OH* và H* được sinh ra với số lượng lớn (nên được gọi là phản ứng phân nhánh với oxi):

H* + O2  O* + OH*

O* + H2  H* + OH*

Các khí tự hình thành bởi quá trình cháy là yếu tố chính gây nguy hiểm nhất tới con người bởi khi hít vào khói nóng và các độc hại sẽ gây nên sự thiếu khí oxi là nguyên nhân chính gây tử vong Khí cacbon monooxit được sản sinh ở nồng độ cao trong mỗi đám cháy là yếu tố chính gây tử vong ở người [2]

Cháy thường là hiện tượng xảy ra trong pha khí Quá trình cháy xảy ra gắn liền với chuyển động của lưu chất, trao đổi nhiệt và trao đổi chất trong không gian Nếu chất phản ứng là rắn thì sản phẩm cháy vẫn là khí Dưới tác dụng của nhiệt độ cao một số chất rắn bị thăng hoa, một số khác chảy lỏng rồi bay hơi Do đó ngọn lửa xảy ra đối với vật rắn nằm trong pha khí bao bọc vật liệu rắn [3]

Tam giác cháy Emman thường được sử dụng để mô tả quá trình cháy và được thể hiện trong hình 1.1, cho thấy điều kiện để cháy cần ba yếu tố [4]:

Hình 1.1: Ba yếu tố duy trì sự cháy

 Nhiên liệu: Những hợp chất dễ bay hơi sinh ra từ nền giầu cacbon bị phân hủy nhiệt

 Nguồn nhiệt: được cung cấp bởi quá trình oxy hóa tỏa nhiệt của nhiên liệu

và không khí

 Oxy: được cung cấp bởi không khí

Đối với vật liệu rắn như các polyme tự nhiên hoặc tổng hợp có thể bắt cháy khi tiếp xúc với nguồn nhiệt bên ngoài Về cơ bản quá trình cháy của một polyme tự nhiên hoặc tổng hợp bao gồm 4 giai đoạn: sấy, phân hủy, mồi lửa đốt cháy và lan truyền Quá trình sấy là việc gia nhiệt cho vật liệu bằng một nguồn nhiệt bên ngoài, điều này làm tăng nhiệt độ và phụ thuộc vào cường độ gia nhiệt của nguồn nhiệt, độ dẫn nhiệt của vật liệu, nhiệt dung riêng, nhiệt ẩn của quá trình nóng chảy hoặc bay hơi của vật liệu Khi bị nung nóng đến một giới hạn, vật liệu bắt đầu bị phân hủy nhiệt, nghĩa là nó mất dần tính chất ban đầu do các liên kết yếu bắt đầu bị phá vỡ Các sản phẩm cháy bắt đầu hình thành, tỷ lệ phụ thuộc vào cường độ nhiệt bên ngoài, nhiệt độ phân hủy và tỷ lệ phân hủy Nồng độ khí dễ cháy tăng dần lên đến khi đạt một mức độ cho phép quá trình oxy hóa bền vững Nguồn mồi lửa và khí

oxy là hai yếu tố quan trọng trong bất kỳ quá trình bắt cháy nào Sau khi bắt cháy, quá trình đốt cháy trở nên tự lan truyền nếu đủ nhiệt tạo ra và bức xạ trở lại vật liệu

để tiếp tục quá trình phân hủy Quá trình đốt cháy là quá trình bị chi phối bởi nhiều yếu tố như tỷ lệ sinh nhiệt, tốc độ lan truyền, diện tích bề mặt, tỷ lệ phân hủy [5]

Hình 1.2: Mô hình cháy vật rắn

1.2 Phân loại vật liệu cháy và cơ chế ngăn quá trình cháy

1.2.1 Phân loại vật liệu cháy

Để có thể so sánh và đánh giá các nguy cơ cháy tiềm tàng của các vật liệu sử dụng trong xây dựng, đồ đạc (nội thất gỗ), vật liệu trang trí và mục đích khác, hệ thống phân loại để đánh giá các đặc tính như tính dễ cháy, tính lan truyền lửa, v.v

đã được xây dựng

Phụ thuộc vào từng quốc gia và lĩnh vực sử dụng, có nhiều quy tắc và phương pháp thử để phân loại vật liệu Ở Đức, các quy định về chống cháy trong xây dựng chia vật liêu xây dựng thành 5 nhóm đặc tính cháy (DIN 4102): Nhóm A1 và A2 (không cháy) áp dụng đối với các vật liệu có cấu tạo gồm các thành phần vô cơ, nhóm B1 (bắt cháy thấp), B2 (bắt cháy trung bình) và B3 (bắt cháy cao) Trong 3 nhóm sau, các vật liệu cơ bản có thể bao gồm các thành phần dễ cháy (hữu cơ), nhưng đối với các nhóm bắt cháy thấp B1 và B2 tốc độ cháy lan phải nằm trong mức cho phép và vật liệu phải có đặc tính tự dập lửa sau khi loại bỏ nguồn nhiệt Các tổ hợp vật liệu trong xây dựng (được kết hợp từ các vật liệu khác nhau) được chia ra thành 05 nhóm bền với lửa, mà đặc trưng theo thời gian (tính bằng phút) để

tổ hợp đó có thể chịu được với ngọn lửa tiêu chuẩn mà không mất đi các đặc tính sử dụng của nó (tốc độ F 60 được gọi là chậm cháy, F90 và F120 là chống cháy, F180

là chống cháy cao)

Vật liệu bắt cháy cao (nhóm B3) có thể không được sử dụng trong xây dựng, trừ khi được chế tạo thành các tổ hợp và có tốc độ bắt cháy B2 hoặc tốt hơn Các lớp phủ có chiều dày lên tới 0,5 mm trên nền các vật liệu khoáng vô cơ đặc chắc cần tuân theo các nguyên tắc nhất định Vật liệu xây dựng nhóm B2 (như gỗ, polystyren, chất xảm khe) thì được cho phép sử dụng trong nhiều hạng mục xây dựng, nhưng yêu cầu đối với công trình cao tầng thì cần chặt chẽ hơn và chất lượng

áp dụng phải đạt vật liệu nhóm B1 đối với các vật liệu đó (như lớp trát thô, ống PVC, ván sàn bằng gỗ sồi) thì phần lớn được yêu cầu Nhiều hạng mục (như giao thông, kỹ thuật điện, đồ nội thất, đồ trang trí) có yêu cầu riêng, hầu như các quốc gia đều có các nguyên tắc thử khác nhau Một tiêu chuẩn quan trọng mà phương pháp thử được sử dụng rộng rãi là UL94V “Đánh giá khả năng bắt lửa của Tổ chức phòng thí nghiệm an toàn (USA)”, mẫu được treo tự do ở trạng thái đứng, góc bên dưới đặt 1 đèn đốt Busen trong vòng 10 s và sau đó phân loại nhóm vật liệu bắt cháy thông qua diễn biến cháy của chúng:

Thời gian cháy hoàn toàn Thời gian cháy tàn Cháy nhỏ giọt

để dập và ngăn chặn ngọn lửa [2]

1.2.2 Cơ chế ngăn cháy

Chất chậm cháy được sử dụng như một loại phụ gia trong màng phủ; khi bị phân hủy bởi nhiệt sẽ sản sinh ra các hợp phần không cháy để làm chậm tốc độ lan truyền cháy, ức chế hoặc chặn quá trình cháy bằng cách ngăn các thành phần trong ngọn lửa phản ứng với nhau hoặc bằng cách chặn dòng oxi và thổi phồng các lớp bảo vệ Hàng năm, thiệt hại về người và các tài sản có giá trị là rất lớn do các đám cháy, vì vậy các biện pháp ngăn ngừa cháy là rất quan trọng

Một hệ chậm cháy là một hợp chất hoặc một hỗn hợp phụ gia được đưa vào vật liệu có tác dụng tăng cường khả năng kháng cháy cho vật liệu, có tác dụng ức chế, ngăn chặn hoặc trì hoãn sự phát sinh ngọn lửa nhằm ngăn chặn sự lây lan của đám cháy Hệ chậm cháy có thể được thêm vào vật liệu trong quá trình sản xuất như sản xuất gỗ nhân tạo, các sản phẩm polyme, hoặc trong quá trình tạo hình sản phẩm như sản xuất các đồ dùng bằng nhựa, hoặc đưa vào vật liệu hoàn thiện như sơn và màng phủ Một chất chậm cháy hiệu quả cần phải ngăn cản được tối thiểu một trong ba yếu tố chính đảm bảo sự cháy trong tam giác cháy Emman Do quá trình tự đốt cháy xảy ra trên cả hai pha khí và pha rắn, nên việc sử dụng chất chậm cháy có tác dụng phá vỡ quá trình tự đốt cháy bằng cách tác động đến quá trình vật lý và hóa học xảy

ra trong cả hai pha khí và pha rắn Tùy theo tính chất, phụ gia chậm cháy có thể tương tác hóa học hoặc vật lý ở thể rắn, lỏng hoặc khí Chúng cũng có thể can thiệp vào các giai đoạn cụ thể của quá trình đốt cháy [5]

Cách thức làm chậm cháy là gây nhiễu cho quá trình cháy, tùy phụ thuộc vào dạng cơ chế của chúng (vật lý hoặc hóa học) và pha hoạt động (pha rắn hoặc khí) Bảng 1.2 đưa ra khái quát các nguyên lý khác nhau để ức chế sự cháy

Bảng 1.2: Cách thức hoạt động của chất chậm cháy

Dạng hoạt động Nơi hoạt động Vật lý Hóa học Pha khí Pha đặc

1.2.2.1 Nguyên lý chung

 Tương tác vật lý: một số phụ gia chậm cháy có thể làm chậm quá trình

cháy bằng tương tác vật lý như: Bằng cách làm mát - là quá trình thu nhiệt bởi những phụ gia đưa vào nhằm làm mát bề mặt vật liệu xuống nhiệt độ thấp hơn nhiệt

độ duy trì quá trình cháy Hoặc, bằng cách tạo một lớp bảo vệ - là quá trình tạo lớp bảo vệ rắn hoặc khí ngăn cản sự nhiệt phân vật liệu dễ cháy phát triển, loại trừ khí oxy cần thiết cho quá trình đốt cháy đồng thời cản trở sự truyền nhiệt Cuối cùng là pha loãng - là quá trình kết hợp của các chất trơ (như chất độn) và các chất phụ gia phân hủy tạo thành khí trơ làm loãng nhiên liệu trong pha rắn hoặc khí, dẫn đến hỗn

hợp khí cháy thấp hơn giới hạn cháy của hỗn hợp

 Tương tác hóa học: Xảy ra một số phản ứng hóa học can thiệp vào quá

trình đốt cháy pha rắn hoặc khí Đối với pha khí - các gốc tự do của quá trình đốt cháy diễn ra trong pha khí bị gián đoạn do chất chậm cháy Do đó các quá trình tỏa nhiệt bị ngăn lại, vật liệu được làm mát xuống và việc cung cấp khí dễ cháy cũng bị giảm thiểu dẫn đến quá trình cháy bị dập tắt Đối với pha rắn có thể xảy ra hai loại phản ứng Thứ nhất sự bẻ gẫy của các polyme có thể được tăng tốc bằng tác nhân chậm cháy gây ra sự chảy của polyme do đó tránh khỏi phạm vi ảnh hưởng của ngọn lửa nên thoát khỏi nguy cơ cháy Thứ hai, chất chậm cháy có thể sinh ra một lớp các bon trên bề mặt vật liệu Điều này có thể xảy ra thông qua sự khử nước của tác nhân chậm cháy sinh ra liên kết đôi trong polyme tạo ra liên kết vòng hoặc liên

kết ngang trong lớp cacbon hóa

Khả năng chậm cháy cũng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng tác nhân chậm cháy tạo ra một lớp màng hoặc một bề mặt có độ dẫn nhiệt thấp hoặc phản xạ nhiệt cao, làm giảm tốc gia nhiệt đến vật liệu bảo vệ Mặt khác cũng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng tác nhân chậm cháy có tác dụng tản nhiệt bằng cách ưu tiên phân hủy ở nhiệt độ thấp Có thể sử dụng một màng phủ trương phồng chậm cháy, khi tiếp xúc với nhiệt màng phủ trương phồng tạo thành một bề mặt xốp có tính dẫn nhiệt thấp Có thể sử dụng những phụ gia làm thay đổi sự phân hủy hóa học của sản phẩm, làm nồng độ khí cháy thấp dẫn đến ít tỏa nhiệt hơn và có thể dẫn đến làm tự dập tắt ngọn lửa

Các tác nhân chậm cháy xảy ra trong cả hai pha như pha hơi (bằng cách can thiệp vào quá trình oxy hóa thông qua việc loại bỏ các gốc tự do) và trong pha rắn (than hóa hoặc quá trình phân hủy nhiệt) Tác nhân chậm cháy Phospho hoạt động chủ yếu trong pha rắn bởi quá trình thúc đẩy than hóa bằng cách thông qua sự hình thành của axit phosphoric và tác dụng làm giảm chất dễ bay hơi dễ cháy Tuy nhiên, một số bài báo chỉ ra rằng các hợp chất phospho hữu cơ cũng có thể hoạt động trong pha khí của gốc tự do Phụ gia gốc Antimon (tham gia trong hệ phụ gia halogen) được cho là hoạt động tương tự như phụ gia hệ Phospho trong pha rắn và kết hợp với halogen trong pha khí để loại bỏ gốc tự do cần thiết cho quá trình đốt cháy Tác nhân gốc Nitơ được biết đến để kết hợp với phụ gia chậm cháy Phospho và cũng là một tác nhân chậm cháy riêng như trong polyamit và aminoplasts Tác nhân brom

và clo tác động trong pha khí phản ứng với các gốc tự do [6]

1.2.2.2 Cơ chế của quá trình ngăn cháy

Pha loãng khối cháy

Sự có mặt của các chất độn vô cơ trong pha rắn làm giảm nồng độ của vật liệu cháy vì vậy làm thấp đi “nhiệt trị” (lớn hơn thế năng của năng lượng cháy) của lớp nền Sự nhiệt phân của nền hoặc sự phân hủy nhiệt của chất độn trong pha rắn, như

là các phản ứng tự cháy và phát sinh khí trơ theo phương thức thông thường, giúp pha loãng nồng độ chất cháy trong pha khí, vì vậy làm giảm năng lượng phát ra của phản ứng cháy trong đám cháy

Hỗn hợp trơ có tác dụng như lớp đệm của đám cháy, chúng nhận nhiệt độ để tiêu hao 1 phần năng lượng của ngọn lửa, giúp chia nhỏ năng lượng từ đám cháy

Các khí trơ tạo ra từ quá trình phân hủy trong pha rắn sẽ đi vào pha khí, có thể hình thành nên 1 lớp bảo vệ ở mặt phân cách pha, vì thế giảm nồng độ của oxi và thu hẹp phạm vi của quá trình cháy tàn và cháy âm ỉ - cũng có nghĩa là giảm năng lượng giải phóng ra bên ngoài

Nhiệt tỏa ra khi phân hủy

Cơ chế phản ứng ở lớp tiếp giáp và cân bằng năng lượng của quá trình cháy sẽ là Pha rắn (nền) chứa các chất độn phân hủy dưới ảnh hưởng của nhiệt trong phản ứng thu nhiệt đo đó tạo ra khí trơ như hơi nước

Năng lượng Qd sử dụng được lấy từ quá trình cháy; cái này thấp hơn lượng nhiệt cháy Qc mà có thể đã được sử dụng để nhiệt phân lớp nền (quá trình tỏa nhiệt khác, tiêu thụ Qp) Kết quả là ΔQ trong cân bằng năng lượng Qc - Qp - Qd = ΔQ thấp xuống dưới 0, kéo theo lớp nền không thể duy trì quá trình cháy, vật liệu tuy dễ bắt cháy nhưng sẽ tự dập tắt Trong trường hợp này, ngọn lửa có thể lan chỉ nếu có thêm năng lượng bên ngoài tiếp tục bổ xung thêm vào khối cháy

Đại diện tiêu biểu của chất chậm cháy này là nhôm trihydroxit (ATH), nó sẽ sản sinh ra nước và hấp thu nhiệt mạnh (Qd = 298 kJ.mol-1):

2Al(OH)3  Al2O3 + H2O ở 180 đến 200 0C

Hình thành than

Nếu lớp nền chứa các chất có xu hướng hình thành than, như hợp chất thơm hoặc các chất hữu cơ có cấu trúc giàu liên kết đôi C=C hoặc các nhóm hydroxyl, phản ứng cốc hóa có thể xuất hiện trên bề mặt của pha đặc thành lớp ngăn lửa Lớp than với tính cháy thấp, phủ lên lớp nền như cái chụp hoặc lớp phủ ngoài làm chậm cháy hơn theo 2 cách: cản trở sự trao đổi nhiệt trên lớp nền và tạo rào chắn do vậy cản trở quá trình nhiệt phân tiến vào lớp sâu hơn của nền và là màng chắn chuyển tiếp của sản phẩm nhiệt phân từ pha đặc tới pha khí, vì vậy hạn chế cung cấp vật liệu cháy vào trong ngọn lửa

Hợp chất hữu cơ giàu nhóm hydroxyl, phản ứng than hóa xảy ra theo 2 bước: Đầu tiên lớp nền chứa nhóm hydroxyl được loại nước bởi các axit xúc tác và liên kết đôi C=C được hình thành:

Quá trình này chuyển đổi nhiệt phát ra thành các lớp liên kết ngang giàu cacbon Axit Photphoric và este photphoric trải qua các quá trình tương tự, để phân hủy trong axit và tổ hợp nên liên kết đôi C=C:

Dẫn xuất Axit photphoric vì vậy được hình thành như tác nhân khử nước và có thể rắn để tạo thành axit polyphotphoric, tạo thành thêm 1 lớp bảo vệ Axit boric hoạt động theo cách tương tự

Phản ứng giải phóng ra các gốc tự do

Các hiệu ứng này tự xuất hiện trong đám cháy và đặc trưng bởi sự biến đổi các bức xạ “nóng” trong đám cháy thành 1 cái “mát hơn” (ít phản ứng hơn)

Quá trình giải phóng các gốc tự do được sử dụng trong trường hợp của các gốc Halogen (X*) mà được khử bởi tác động của nhiệt lên chất chậm cháy chứa trong pha đặc; sự giải phóng đưa vào pha khí và phản ứng với các bức xạ “nóng” “hoạt động” như H* và OH*, do đó loại bỏ các bức xạ gây nên phản ứng chuỗi:

Các gốc halogen “mát” “kém hoạt động” được hình thành như sản phẩm của phản ứng giải phóng này được ổn định đủ để còn lại trong pha khí giúp không bắt đầu các phản ứng dây chuyền khác cho tới khi chúng kết hợp lại với 1 cái khác (sự

va chạm với, ví như các hạt muội, sự có mặt của hạt thứ 3 này cần thiết để cung cấp

“hiệu ứng thành tường” để tán xạ các năng lượng va chạm và tránh sự phân hủy lại của các gốc tự do đã được kết hợp), do đó sẽ khâu mạch phản ứng chuỗi

1.3 Tiềm năng ứng dụng và xu thế phát triển màng chậm cháy trên thế giới 1.3.1 Tiềm năng ứng dụng

Chất chậm cháy được sử dụng trong vật liệu xây dựng và các sản phẩm nhằm đáp ứng những quy định và quy chuẩn về an toàn cháy nổ của mỗi quốc gia Nó ngăn chặn và làm chậm sự lây lan ngọn lửa và kéo dài thời gian thoát hiểm cho người bị nạn khi phát hiện cháy Trong kết quả nghiên cứu của Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia Mỹ được công bố năm 2011 cho thấy, nhóm người có nguy cơ tử vong cao nhất trong các vụ cháy là trẻ em dưới 5 tuổi và người già trên

65 tuổi [6]

Hình 1.3: Thời gian thoát hiểm khi không sử dụng và sử dụng chậm cháy

Do đó, phụ gia chậm cháy được sử dụng để tăng ngưỡng nhiệt độ đốt cháy của vật liệu, giảm tỷ lệ vật liệu cháy, giảm thiểu sự lây lan của ngọn lửa (hình 1.3) Ba loại vật liệu chính đòi hỏi cần bảo vệ chậm cháy bao gồm:

 Dây và cáp điện: Cấu trúc hiện đại ngày nay chứa một lượng lớn dây và

cáp điện từ điện thoại, máy tính đến hệ thống sưởi ấm, điều hòa và thang máy Thiết

bị điện và thông tin liên lạc cung cấp cho các phòng khác nhau của một tòa nhà thường được đi kèm với nhau và có thể chạy theo chiều dọc từ tầng trệt đến tầng thượng, và thường nằm sâu bên trong tường của tòa nhà, nó có khả năng tăng nguy

cơ cháy do chập điện và các sự cố liên quan Nếu một dây cháy nó có khả năng ảnh hưởng đến tất cả những dây xung quanh Ngoài ra, dây và cáp điện nằm ẩn trong tường nên không thể dễ dàng kiểm tra một cách thường xuyên Để giảm nguy cơ cháy điện, các nhà xây dựng sử dụng vật liệu cách nhiệt bằng nhựa là loại vật liệu rất dễ cháy, được xử lý hoặc phủ bảo vệ bằng chất chống cháy tạo lớp bảo vệ dây

và cáp điện

 Vật liệu cách nhiệt: Hầu hết các chủ nhà đều biết những lợi ích của vật

liệu cách nhiệt mang lại Ngoài việc duy trì nhiệt độ theo mong muốn, việc sử dụng các vật liệu cách nhiệt trong nhà, văn phòng và các tòa nhà công cộng là điều rất quan trọng bởi vì nó làm giảm chi phí năng lượng và liên quan tới các chính sách sử dụng năng lượng hiệu quả và vấn đề môi trường của mỗi quốc gia Trong số các vật liệu cách nhiệt trên thị trường, tấm xốp polystyrene và xốp cứng polyurethane là

những vật liệu được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng do chi phí thấp và hiệu quả cách nhiệt cao Những tấm xốp cách nhiệt có thể được sử dụng để bảo vệ hầu hết các vùng của một tòa nhà, bao gồm cả tường, trần tầng hầm, trần nhà, mái nhà Những tấm xốp cách âm, cách nhiệt được sử dụng ở những nơi công cộng như các câu lạc bộ đêm, nhà hát Trong khi xốp cách nhiệt cho phép các nhà xây dựng đáp ứng yêu cầu về sử dụng năng lượng hiệu quả, thì họ cũng phải đối mặt với nguy cơ cháy rất cao Do đó để phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn phòng cháy chứa cháy, chất chậm cháy có thể được sử dụng đưa vào xốp trong quá trình sản xuất hoặc sử dụng màng phủ chậm cháy để giúp đáp ứng các yêu cầu này Tăng cơ hội sơ tán người ra khỏi một tòa nhà và thoát nạn trong các vụ tai nạn liên quan tới hỏa hoạn

 Vật liệu kết cấu: Một loạt kết cấu trong nhà, văn phòng và các tòa nhà

công cộng bao gồm vật liệu như kết cấu gỗ, thép, nếu như không được bảo vệ, sẽ là một mối nguy hiểm cháy cao nếu chúng tiếp xúc với một nguồn lửa mồi Ở một nhiệt độ nhất định, kết cấu thép có thể bị mất khả năng chịu trọng lượng, và có thể gẫy hoặc sụp đổ, gây ra những hậu quả nghiêm trọng đối với sự toàn vẹn của cấu trúc một tòa nhà Trong trường hợp hỏa hoạn, lớp phủ chậm cháy được áp dụng cho thép giúp ngăn chặn điều này xảy ra bởi khả năng cách nhiệt của lớp màng phủ với kim loại tạo ra

1.3.2 Xu thế phát triển

Hình 1.4: Biểu đồ tỷ lệ cơ cấu sử dụng phụ gia chậm cháy toàn cầu năm 2007

Theo những kết quả nghiên cứu thị trường về phụ gia chậm cháy tại các thị trường Mỹ, Châu Âu, và Châu Á vào năm 2007 thì tổng sản lượng khoảng 1,8 triệu tấn có giá trị khoảng 4,2 tỷ USD (năm 2011 là 4,8 tỷ USD), với tỷ lệ các hệ phụ gia như hình 1.4 và hình 1.5 Theo đó thị trường chiếm tỷ trọng lớn là hệ phụ gia hệ halogen và antimo oxit tập trung chủ yếu tiêu thụ tại thị trường Châu Á, trong đó chủ yếu là hai thị trường lớn là Trung Quốc và Ấn độ [7]

Hình 1.5: Biểu đồ cơ cấu phụ gia chậm cháy toàn cầu theo khu vực năm 2007

Nhu cầu thế giới đối với phụ gia chậm cháy được dự báo sẽ tăng hơn 6 % mỗi năm lên 2,2 triệu tấn vào năm 2014, theo nghiên cứu về ngành công nghiệp chậm cháy thế giới, được xuất bản bởi tập đoàn Freedonia Khu vực Châu Á / Thái Bình Dương sẽ tiếp tục là thị trường lớn nhất và phát triển nhanh nhất về chất chậm cháy, chiếm 49 % nhu cầu thế giới vào năm 2014, tiếp theo là Bắc Mỹ (23%), Tây Âu (19%), và các khu vực khác (9%) Ngoài triển vọng kinh tế được cải thiện, nhu cầu

về chậm cháy cũng sẽ được hưởng lợi từ xu hướng, hướng tới các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn về an toàn cháy nổ, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, và việc

sử dụng ngày càng tăng của các sản phẩm nhựa thay vì các vật liệu khó cháy Những lo ngại về tác động môi trường và sức khỏe có thể gây tổn hại đến nhu cầu của chất chậm cháy halogen hóa đã bắt đầu gây ra một sự thay đổi đáng kể trong cơ

cấu sản phẩm Nhóm hệ chậm cháy hydroxit kim loại là sản phẩm chậm cháy có khối lượng bán hàng đầu trong năm 2011, hình 1.6 [8]

Hình 1.6: Biểu đồ tỷ lệ cơ cấu phụ gia chậm cháy toàn cầu năm 2011

Theo thống kê năm 2012 thị trường hệ chậm cháy không chứa tác nhân halogen vẫn chủ yếu là thị trường Bắc Mỹ chiếm 41,8%, tiếp theo là Châu Âu và Châu Á/Thái Bình Dương tương ứng là 33,3% và 22,5% Trong đó hydroxit kim loại được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng và thiết bị điện chiếm hơn 70% tổng nhu cầu thị trường năm 2012 Theo các chuyên gia phân tích hệ chậm cháy trên cơ sở phospho hữu cơ sẽ có tốc độ tăng trưởng cao nhất là 7,7% trong giai đoạn 2012-2018 do những lợi ích của nó trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, sơn và màng phủ đem lại [9]

1.4 Tình hình nghiên cứu và sử dụng màng phủ chậm cháy

1.4.1 Tình hình nghiên cứu và sử dụng màng phủ chậm cháy trên thế giới

Từ rất sớm con người đã biết sử dụng hóa chất để xử lý chậm cháy các vật liệu dễ cháy Người Trung Quốc cổ đại đã sử dụng phèn và dấm để ngâm tẩm gỗ sau đó phủ lên một lớp đất sét để làm chậm và giảm bớt sự lây lan ngọn lửa Người Ai Cập, 3000 năm trước đã sử dụng nước biển để ngâm, tẩm vào cỏ hoặc lau sậy trước khi sử dụng làm mái nhà do những muối khoáng có trong nước biển sẽ kết tinh lại trong quá trình khô có tác dụng như một tác nhân chậm cháy

Người La mã từ những năm 200 trước công nguyên đã sử dụng hỗn hợp phèn và giấm (Kali Aluminum Sunphat KAl(SO4)2.12H2O hoặc Amoni Aluminum Sulphat NH4Al(SO4)2.12H2O) để phủ và ngâm tẩm gỗ [10]

Năm 1638 Nikolas Sabbattini đề xuất một loại sơn chứa đất sét hoặc thạch cao để phủ lên nhà hát ở Ý, và năm 1820 Fuchs đã sử dụng nattri silicat để phủ lên gỗ trong nhà hát Munich [10]

Bằng sáng chế đầu tiên về vật liệu chậm cháy được công bố đầu tiên tại Anh được cấp cho Obadiah Wyld vào năm 1735, ông đã sử dụng hỗn hợp phèn, sắt sunphat và muối borat để giảm khả năng cháy cho vải dệt được sử dụng cho nhà hát

và các công trình công cộng Năm 1783 phèn được sử dụng để giảm khả năng cháy cho khinh khí cầu [11]

Trong chiến tranh thế giới thứ hai, các vải bạt quân đội sử dụng ngoài trời được phủ bằng chất kết dính có chứa parafin clo hóa và một oxit kim loại được sử dụng phổ biến là antimo oxit Từ những năm 1900 nhiều hóa chất vô cơ khác trên cơ sở các hợp chất silicat, sunphat, borat, photphat của kẽm, thiếc và canxi cũng đã được

sử dụng làm tác nhân chậm cháy trong xử lý vải sợi [12]

Trong những báo cáo từ những năm 1930 đến năm 1935, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Sản phẩm rừng USDA (Mỹ) đã nghiên cứu khoảng 130 công thức

xử lý chậm cháy của các hợp chất vô cơ khác nhau Họ nhận thấy rằng diamino photphat có hiệu quả nhất để giảm sự lây lan ngọn lửa và monoamino photphat, amino clorua, amino sunphat, kẽm borat và kẽm clorua cũng là những hợp chất rất hoạt động [13]

Hầu hết các sản phẩm và phụ gia chậm cháy sử dụng đã được phát minh từ những năm 1950 đến năm 1980 [14] Từ thời điểm đó, nhiều hệ sản phẩm mới đã được phát minh và phát triển nhanh chóng góp phần vào sự phát triển các ngành công nghiệp vật liệu, công nghiệp dệt may Những hóa chất chậm cháy được phát triển trong giai đoạn này chủ yếu là những sản phẩm trên cơ sở gốc halogen Năm

1976, sau khi nhiều người dân ở Michigan ăn phải thịt bò nhiễm độc, sau đó các nhà khoa học đã tìm thấy Polychlorinated (PCBs) and polybrominated biphenyls (PBBs)

là những hóa chất được sử dụng làm chất chậm cháy, dầu làm mát và bôi trơn được

sử dụng phổ biến tại thời điểm đó Nó có thể tích tụ trong môi trường và gây nguy hại đến sức khỏe con người, do đó nó đã bị ngừng sản xuất và bị cấm sử dụng Hợp chất chậm cháy trên cơ sở clo là Tris(1,3-dichloro-2-propyl) phosphate (TDCCP) cũng được cấm sử dụng từ năm 1977 sau khi các nghiên cứu về ung thư có liên quan tới hợp chất này được công bố [15]

Năm 1980, các nhà khoa học đã tìm ra một loại phụ gia chậm cháy mới, là một hợp chất hữu cơ trên cơ sở hỗn hợp của guanyl ure phosphat (GUP - được tạo ra từ phản ứng của dicyandiamide với axit phosphoric) với axit boric Từ đó một số các phụ gia chậm cháy mới được nghiên cứu và phát triển trên cơ sở amoni phosphat và một số phụ gia khác [13] Theo các nghiên cứu của các nhà khoa học, những hợp chất halogen tham gia vào phản ứng cháy sẽ tạo thành một lớp bảo vệ và ngăn chặn

sự lây lan ngọn lửa, tuy nhiên sản phẩm cháy của nó lại rất độc hại và là nguồn phát sinh khí dễ cháy Những Chất vô cơ như Nhôm trihydrat khi tham gia vào phản ứng cháy sẽ tạo nước hoặc chất khí làm mát có tác dụng làm loãng mật độ khí dễ cháy Những hợp chất trên cơ sở Phospho tạo thành lớp than hóa có tác dụng ức chế quá trình nhiệt phân đồng thời giảm năng lượng cháy Những hợp chất này là những thành phần không gây nguy hại cho con người và được quan tâm nghiên cứu cho đến ngày nay

Màng phủ chậm cháy trương phồng đầu tiên được đưa ra trong năm 1970 [16]

Nó cung cấp một lớp bảo vệ dày với ngọn lửa bằng quá trình phân hủy tại nhiệt độ cao tạo thành một lớp than cách nhiệt Màng phủ trương phồng bao gồm hỗn hợp của pentaerythritol và melamine trong nền Polymer ở nhiệt độ thấp và sẽ trương nở khi bị phân hủy nhiệt tạo thành một lớp than cách nhiệt tại nhiệt độ khoảng 280-

350oC Lớp than này sẽ hoạt động như rào cản nhiệt và ngăn cản nhiệt cháy truyền đến nền vật liệu được bảo vệ [17]

Từ những năm 1990, cùng với xu hướng không sử dụng phụ gia chậm cháy gốc halogen trên thế giới nhằm đảm bảo an toàn cho con người và môi trường, việc sử dụng những hệ phụ gia chậm cháy trên cơ sở gốc vô cơ và phosphate được gia tăng nhanh chóng Cùng với sự phát triển đó những nghiên cứu về các sản phẩm chậm cháy cũng được chuyển hướng và tập trung vào các hệ chậm cháy trương phồng [18]

Bằng sáng chế của Feipeng Liu năm 2000 về màng phủ chậm cháy trương phồng cho các sản phẩm gỗ sử dụng bột than chì trương nở với hàm lượng từ 20-95% khối lượng thành phần rắn Nhựa nền sử dụng là nhựa phenol formaldehyde từ 5-50% khối lượng hợp phần Kết quả nghiên cứu cho thấy hạt than chì trương nở do nhiệt làm tăng hiệu quả chậm cháy cho vật liệu phủ, đồng thời làm giảm đáng kể hàm lượng khói và thời gian dập tắt ngọn lửa của nhựa nền polyme mà không ảnh hưởng xấu đến tính chất vật lý của các thành phần lớp phủ Khả năng trương nở nhiệt của hạt than chì bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 130oC đến 500o

C, và có khả năng trương nở đáng kể khi tiếp xúc với nhiệt và lửa Đặc biệt, thể tích có thể tăng đến 80 lần thể tích ban đầu khi tiếp xúc trong vài giây [19]

Năm 2009, Chou và cộng sự công bố màng phủ chậm cháy trương phồng sử dụng để phủ lên vật liệu gỗ trên cơ sở bột than chì nhân tạo và khoáng Sericit (Al4(OH)4(Kal-Si3O10)2) Màng phủ trương phồng được nghiên cứu chứa 19,8% phụ gia chậm cháy, 15% phụ gia tạo nước, 18% phụ gia nở xốp, 7,2% nhựa kết dính và 40% dung môi Kết quả nghiên cứu cho thấy khi hàm lượng khoáng Sericit lớn hơn 75% phần phụ gia chậm cháy thu được khả năng kháng cháy cao nhất trong yêu cầu kháng cháy của Đài Loan CNS 7614 [20]

Năm 2010, Guojian Wang và cộng sự đã công bố loại phụ gia chậm cháy mới trên cơ sở than chì trương nở được biến tính bởi polyethylen glycol (MEG) Loại phụ gia này được sử dụng cho màng phủ trương phồng hệ nước nhằm cải thiện khả năng chống oxy hóa của lớp than hóa chậm cháy trong màng phủ trương phồng Đồng thời do được biến tính bằng polyethylen glycol, hệ phụ gia chậm cháy mới này có thể dễ dàng phân tán đồng đều trong hệ sơn nước do đó lớp than bảo vệ sẽ đồng đều làm tăng hiệu quả khả năng ngăn cháy cho màng phủ [21]

Năm 2012, Guo-Qiang và cộng sự đã chế tạo màng phủ trương phồng chậm cháy trên cơ sở sử dụng kết hợp các tác nhân axit hóa amonium polyphosphate - APP, tác nhân cacbon hóa pentaerythritol - PER, và tác nhân nở melamine được trộn hợp trong nhựa nền Polyme Khi màng phủ tiếp xúc với nhiệt, một lượng lớn nhiệt

lượng bị hấp thụ bởi màng phủ và nhiệt độ được gia tăng nhanh chóng Khi đạt tới nhiệt độ tới hạn của màng phủ, nền polyme bị chảy tạo thành dạng lỏng nhớt Tác nhân axit hóa trong màng phủ sẽ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ từ 100-250oC, phản ứng với tác nhân cacbon hóa tạo lớp than Tại nhiệt độ 280-350oC, tác nhân nở trong màng phủ bị phân hủy giải phóng một lượng lớn khí làm nở lớp than tạo một lớp than trương phồng giúp ngăn cách nhiệt lượng đám cháy tiếp xúc với vật liệu nền được bảo vệ [22]

Năm 2013, một hướng nghiên cứu mới về màng phủ chậm cháy lai tạo hữu cơ -

vô cơ đã được công bố trên cơ sở hệ sol silica biến tính bằng  - methaacryloxy propyl trimethoxy silan (MPS), được tổng hợp bằng phương pháp solgel xúc tác axit Tiếp theo dung môi được chiết xuất bằng chưng cất chân không Sau đó ổn định hệ sol bằng cách tăng hàm lượng MPS và pha loãng bằng dung dịch tripropylen glycol diacrylat (TPGDA) Sol phân tán được trộn hợp với màng hữu

cơ đóng rắn bằng UV tạo ra màng phủ lai tạo hữu cơ- vô cơ, cải thiện được tính chất bảo vệ nhanh chóng và hiệu quả trong thử nghiệm cháy theo phương pháp UL-94 [23]

1.4.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng màng phủ chậm cháy tại Việt Nam

Những nghiên cứu về vật liệu chống cháy và chậm cháy ở Việt Nam chủ yếu hiện nay là sử dụng các tác nhân chống cháy trộn hợp vào vật liệu trong quá trình sản xuất để bảo vệ vật liệu Năm 2006, tác giả Phan Duy Hưng đã nghiên cứu chế tạo ván gỗ ép chậm cháy sử dụng hỗn hợp axit boric (H3BO3) và muối borat (Na2B4O7.10H2O) được pha trộn với tỷ lệ 1:1 Hỗn hợp được trộn hợp cùng hỗn hợp keo dán sử dụng làm chất kết dính chế tạo ván gỗ ép Kết quả thử chống cháy sản phẩm được tiến hành theo phương pháp ASTM E69 -1988 thông qua chỉ tiêu tỷ

lệ tổn thất khối lượng Kết quả thử nghiệm cho thấy, ván gỗ ép sử dụng tác nhân chống cháy cho khả năng chống cháy khá tốt, tỷ lệ tổn thất khối lượng bằng ½ so với mẫu đối chứng, bằng ¼ so với mẫu gỗ tự nhiên, và vẫn đảm bảo được các tính chất cơ lý của sản phẩm [24]

Năm 2012, tác giả Võ Thành Phong - Viện khoa học Vật liệu đã thành công trong việc chế tạo và nghiên cứu tính chất vật liệu polyme compozit có chứa tổ hợp chất chống cháy trên cơ sở hợp chất chứa Brom và photpho Kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả cho thấy vật liệu polyme compozit trên cơ sở polyeste không no chứa hỗn hợp 2% P và 6% Br cho mức chống cháy V-0, kết quả được xác định theo tiêu chuẩn UL-94 [25]

Đối với xử lý chậm cháy cho gỗ tại Việt Nam cũng đã có hai công trình nghiên cứu được công bố Năm 2012, tác giả Nguyễn Đức Thành và cộng sự đã nghiên cứu

xử lý Gỗ Bạch đàn trắng (Eucalyptus camaldulensis Dehnh.), là một trong số loại

gỗ rừng trồng được sử dụng phổ biến trong công trình xây dựng, giao thông, khai thác hầm mỏ, đồ mộc,… bằng dung dịch Na2SiO3ở các cấp nồng độ 10%, 15% , 20%, 25% đã làm tăng khả năng chậm cháy cho gỗ và đưa gỗ Bạch đàn trắng từ vật liệu dễ cháy thành vật liệu khó bắt lửa, có khả năng ngăn cản cháy phát sáng (cháy

có ngọn lửa) và cháy lan tỏa [26]

Năm 2013, tác giả Nguyễn Văn Chương và cộng sự đã công bố nghiên cứu xử

lý gỗ Bạch Đàn bằng hỗn hợp Natri Borat và axit boric [27] Cả hai đề tài nghiên cứu chậm cháy này đều là những nghiên cứu xử lý gỗ nguyên liệu trước khi đưa vào sử dụng Và tiến hành bằng biện pháp ngâm tẩm gỗ trong các dung dịch chậm cháy lựa chọn

Sơn và màng phủ chống cháy, chậm cháy được bắt đầu quan tâm từ những năm

2004, khi một nhà “khoa học bình dân” - ông Nguyễn Văn Thanh (Thành Phố Hồ Chí Minh), được mệnh danh là “thần chống cháy” bởi một công bố trong lĩnh vực chống cháy gây sửng sốt dư luận Ông đã chế tạo ra được một dung dịch chống cháy dùng để tẩm lên vật liệu nhằm giảm thiểu khả năng bắt cháy của sản phẩm [28] Tuy nhiên, từ đó tới nay sản phẩm của ông cũng chưa được phát triển thành thương hiệu trên thị trường sơn nội địa

Cuối năm 2013, Sơn Kova đã cho ra đời dòng Sơn chống cháy trương phồng trên cơ sở sử dụng nano trấu Đây là loại sơn phủ trương phồng hệ nước được ứng dụng để ngăn cháy cho các sản phẩm kết cấu thép Có khả năng chịu được nhiệt

độ 800-1300oC và đã thu hút được nhiều sự chú ý của dư luận [29]

Hiện nay, chưa có một công trình nghiên cứu một cách đầy đủ và được công bố nào về sơn và màng phủ chậm cháy ở Việt Nam Đặc biệt trong lĩnh vực màng phủ chậm cháy thân thiện môi trường ứng dụng cho các sản phẩm vật liệu gỗ

Trên thị trường sơn chậm cháy Việt Nam hiện nay chủ yếu là các sản phẩm nước ngoài như: Nullifire® (Anh), HR-Prof (Anh), Flame Control (Mỹ), Rhenocoll (Đức), Hillti (Mỹ), NoFire (Mỹ)…, Các sản phẩm sơn chống cháy, chậm cháy tại Việt Nam chủ yếu sử dụng trên cửa để tạo ra các sản phẩm cửa chống cháy cao cấp Một số các công trình chủ yếu là các tòa nhà, khách sạn sử dụng loại cửa được phủ sơn chậm cháy như: Khách sạn JW Marriott Hà Nội, Parkson - Keangnam, Vietsopetro Vũng Tàu, Tòa nhà VNPT, Khách sạn Mường Thanh, Chung cư Yên Hòa, Chung cư La khê,…

Với tình hình cháy nổ xảy ra ngày càng tăng như hiện nay, đặc biệt thường xảy ra

ở những tòa nhà cao tầng, các cửa hàng, siêu thị, … cộng với công tác chữa cháy đang gặp rất nhiều khó khăn về cả người và phương tiện, thì nhu cầu về các loại sơn

và màng phủ chậm cháy ở nước ta sẽ ngày càng cao Hầu như chưa có công trình nghiên cứu nào công bố ở Việt Nam chế tạo loại sơn này Đặc biệt là sơn và màng phủ chậm cháy thân thiện môi trường sử dụng để bảo vệ các kết cấu hoặc sản phẩm xốp polystyren

1.5 Cơ chế của quá trình phân hủy nhiệt Polystyren

1.5.1 Giới thiệu về Polystyren

1.5.1.1 Tính chất của monome Styren

Nhiệt cháy Cal/g 10,04

Tỷ nhiệt ở 25o C Cal/g.độ 0,407

Giới hạn nổ trong không khí %V 1,1-6,1

1.5.1.2 Cấu tạo của PS

PS có cấu tạo vô định hình, khi kéo các phân tử có xu hướng định hướng lại theo chiều tác dụng lực và làm tăng độ bền theo hướng kéo

Phân tử PS có nhánh và nhánh nhiều hay ít phụ thuộc vào phương pháp trùng hợp, điều kiện và mức độ trùng hợp Phân nhánh xẩy ra là do phản ứng chuyển mạch giữa các gốc đang phát triển và các phân tử polyme tạo thành

PS có thể có các dạng cấu trúc của mạch đại phân tử, đó là các dạng cấu trúc:

+ Isotactic: Là loại cấu trúc mà nhóm phenyl phân bố đều đặn về một phía của mạch các bon Loại cấu trúc này tạo ra PS tinh thể

+ Atactic: Là loại cấu trúc mà nhóm phenyl phân bố lộn xộn không có trật tự về hai phía của mạch các bon Loại cấu trúc này tạo ra PS vô định hình

+ Syndiotactic: Là loại cấu trúc mà nhóm phenyl phân bố xen kẽ về hai phía của mạch các bon Loại cấu trúc này tạo ra PS vô định hình

H H

H H H H

H H

H H

C C C C C C C C C C

H H H H H

H H

H H

H H

H H

H H

C C C C C C C C C C

Isotactic

1.5.1.3 Tính chất PS

PS là loại vật liệu cứng, giòn, trong suốt, không có mùi vị, cháy cho ngọn lửa không

ổn định Tính chất kỹ thuật của PS do phương pháp trùng hợp và điều kiện tiến hành trùng hợp quyết định, như:

+ Mức độ trùng hợp

+ Lượng monome còn lại

+ Độ đồng đều trọng lượng phân tử

* Độ hòa tan và trọng lượng phân tử

Styren hòa tan trong cacbua hydro thơm, cacbua hydro clo hóa, ete, xeton, sulphua cacbon và piridin, không hòa tan vào cacbuahydro no mạch thẳng, rượu bậc thấp, ete, phenol, axit axetic và nước

Trọng lượng phân tử của polystyren được xác định bằng phương pháp độ nhớt theo công thức sau :

[ŋ ] =K*.Má.[1.2-212]

Trong đó :

ç : Độ nhớt của dung dịch

M : Khối lượng phân tử của polyme

K,á : Hằng số phụ thuộc vào điều kiện phản ứng

Tính chất cơ lí chung của PS:

Nhóm phenyl hoạt hóa nguyên tử C thứ ba không đối xứng kí hiệu là (*)

* Tính chất chịu nhiệt

Độ chịu nhiệt của PS không cao Theo Mactanh thì độ chịu nhiệt PS là 80oC, theo Vic là 104-107oC Vượt qua nhiệt độ hóa thủy tinh PS chuyển sang trạng thái mềm cao khi đó giới hạn nhiệt độ là 80-150o

C hay cao hơn nữa Khi nhiệt độ cao quá thì

PS bị phân hủy rất nhiều do đứt mạch và do bị oxy hóa bởi oxy ngoài không khí Vì vậy, để tăng khả năng bền nhiệt của PS thường tiến hành đồng trùng hợp styren với monome chứa nhân thơm: Vinylcacbazol, -Vinyl napaphatlin

* Tính chất cách điện

PS có khả năng cách điện rất cao, có thể nói PS là loại vật liệu cách điện hoàn hảo nhất do:

+ Trong cấu tạo chỉ có C, H

+ Độ phân cực nhỏ (momen lưỡng cực khoảng 0,37.10-8

)

1.5.2 Cơ chế và động hóa học phân hủy nhiệt Polystyren

Động học hóa học trong phân hủy nhiệt của PS được nghiên cứu bằng cách kết hợp phương pháp vi phân không đẳng nhiệt và tích phân Đối với phân hủy của PS trong môi trường nitơ, trạng thái mất khối lượng đã được phát hiện ở 282,9 0C đến 398,2 0C Tỷ lệ khối lượng mất lớn nhất là ở 372,4 0C Kết quả phân tích động học chỉ ra rằng, đây là một phản ứng hóa học bậc 1

Phân hủy nhiệt của PS cũng được nghiên cứu bởi công nghệ “nhiệt phân sắc ký khí khối phổ” Py/GC/MS Phân hủy của PS sẽ tăng lên khi tăng nhiệt độ Đối với nguồn nhiệt bên ngoài, PS sẽ phân hủy nhiệt ra các gốc tự do lớn, các gốc tự do lớn này sẽ sinh ra các sản phẩm nhỏ hơn thông qua một chuỗi các phản ứng phân hủy, kết hợp lại gốc tự do và biến đổi hydro

Mẫu PS có khối lượng phân tử trung bình 250.000 đvC, nhiệt trọng lượng (TG) được thực hiện trong môi trường Nito với lưu lượng 20 ml/phút, tốc độ tăng nhiệt là

50C/phút, nhiệt độ thay đổi từ 20 0C tới 600 0C Đường cong TG và Vi phân nhiệt trọng lượng (DTG) của PS trong môi trường Nito được thể hiện trong Hình 1.7 và Hình 1.8 Đây là trạng thái mất khối lượng của quá trình phân hủy nhiệt ở 282,94 0C tới 398,24 0C mà 96% khối lượng bị mất đi Tốc độ mất khối lượng lớn nhất xảy ra

ở 372,44 0C

Hình 1.7: Đường cong TG của PS ở tốc độ tăng nhiệt 5 0 C/ phút trong Nitơ

Hình 1.8: Đường cong DTG của PS ở tốc độ tăng nhiệt 5 0 C/ phút trong Nitơ

Dựa trên các kết quả thực nghiệm, kết hợp với các lý thuyết cơ bản của hóa học hữu cơ, các trường hợp chính của phân hủy nhiệt PS trong nitơ được dự đoán Trước hết, PS sẽ phân hủy để sản sinh ra các gốc tự do R1 và R2 bằng việc bẻ gãy chuỗi ngẫu nhiên (phản ứng 1):

Các gốc tự do lớn tiếp tục phân hủy để tạo thành styren monome và một số gốc

tự do R3, R4 có mạch carbon ngắn hơn (phản ứng 2 và 3)

Các gốc tự do R2 xảy ra phản ứng chuyển 1,5-hydro Gốc tự do Hydro tạo ra bởi

sự bẻ gãy liên kết C-H của mạch chính có thể kết hợp với carbon tự do ở vị trí đầu mạch để hình thành R5 (phản ứng 4)

R5 phân hủy để sinh ra trime styren và gốc tự do R6 (phản ứng 5)

Trong khi đó, R5 có thể sản sinh ra các dime styren qua sự cắt mạch, kết hợp và quá trình khử Các phản ứng có thể xảy ra thể hiện như phản ứng 6 tới 9 Trước hết, R5 phân hủy để tạo thành các gốc tự do R7 và polyme R8 có chứa các liên kết đôi ở đầu mạch (phản ứng 6)

Gốc benzyl R9 và styren monome có thể được thu được bởi sự cắt mạch của R7

Phản ứng giữa benzyl R9 và gốc tự do hydro có thể tạo ra toluene như trong phản ứng 10 Sự kết hợp của hai gốc tự do benzyl R9 sẽ sinh ra diphenyl etan (phản ứng 11) Diphenyl propan có thể thu được bằng phản ứng giữa benzyl và các gốc tự

do được hình thành bởi sự cắt mạch (phản ứng 12)

Phản ứng 13 và 14 cho thấy các quá trình có thể tạo ra alkyl benzen Các gốc tự

do R11 được hình thành bởi sự cắt mạch polyme R8 có thể phản ứng với gốc tự do hydro để tạo ra allyl benzen

Từ kết quả phân tích động học trên biểu đồ TG của PS, nó tiếp tục chứng minh rằng nếu chỉ có một phương pháp để phân tích động học được sử dụng sẽ khó tránh sai lệch do hiệu ứng bù động học và sự thay đổi đồng thời của E và LnA Đối với phân hủy của PS trong môi trường chỉ với nitơ, các kết quả phân tích động học dựa trên phương pháp vi phân và tích phân bất đẳng nhiệt và cho thấy rằng cơ chế động học tương ứng là một phản ứng bậc 1 Kết hợp với kết quả phân tích Py/GC/MS cho thấy rằng các phản ứng hóa học tương ứng là sự cắt mạch ngẫu nhiên và các sản phẩm chính là trime, dime và monome styren Phản ứng này là các bước để kiểm

soát tốc độ giai đoạn mất khối lượng của phân hủy nhiệt PS Các thông số động học của phản ứng có thể được xác định một cách chính xác bằng cách áp dụng cả phương pháp vi phân và tích phân Nghiên cứu này cung cấp một cách tiếp cận hiệu quả để có được cơ chế động học đáng tin cậy hơn từ phân tích TG

Các công bố của Cullis và Hirschle cho rằng polyme phân hủy thường bao gồm hai giai đoạn rộng Thứ nhất, polyme được làm nóng bởi một nguồn nhiệt và bị phân hủy để tạo thành monome hoặc các sản phẩm phân tử lớn Sau đó, các monome hoặc các sản phẩm phân tử lớn sẽ phân hủy tạo ra sản phẩm khí có phân tử nhỏ Kết quả từ Py/GC/MS chỉ ra rằng trong giai đoạn đầu của phân hủy PS, các sản phẩm chính là là trime, dime và monome styren và tỷ lệ tạo thành tuân theo thứ tự trime > dime > monome Khi tăng nhiệt độ phân hủy, tỷ lệ các trime giảm đáng kể trong khi đó styren monome tăng Điều này chỉ ra rằng nếu làm nóng bởi các nguồn bên ngoài, PS trước hết sẽ phân hủy thành nhiều styren liên kết như là trime Sau

đó, các styren liên kết sẽ phân hủy thành styren monome và tiếp tục phân hủy thành các sản phẩm phân tử nhỏ

Công nghệ nhiệt phân tích sắc ký khí khối phổ Py/GC/MS đã được sử dụng để nghiên cứu các cơ chế phân hủy nhiệt của PS, phân hủy PS sẽ tăng khi tăng nhiệt

độ Sau khi gia nhiệt bởi các nguồn bên ngoài, PS sẽ phân hủy để tạo ra các gốc tự

do lớn Các gốc tự do lớn sau đó sẽ tạo ra các sản phẩm nhỏ hơn thông qua một loạt các phản ứng như phân hủy, kết hợp gốc tự do và chuyển hóa hydro [30]

1.6 Cơ chế chậm cháy của xốp Polystyren phủ chất chậm cháy

1.6.1 Cơ chế chậm cháy của các tác nhân chậm cháy - Cấu trúc, phản ứng, đặc tính [2]

1.6.1.1 Chất chậm cháy vô cơ

Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất cho dạng này là nhôm trihydroxit Al(OH)3 Magie hydroxit Mg(OH)2, cũng như axit boric và dẫn xuất của chúng được sử dụng được sử dụng để ít kéo dài quá trình cháy Các chất có hoạt tính chống cháy chính thường hấp thu nhiệt của phản ứng phân hủy (dạng B); hiệu ứng pha loãng (dạng A) cũng xảy ra nhưng ít hơn Axit boric có hoạt động bổ xung như tạo than (dạng C) Điều đó quan trọng bởi nhiệt phân hủy của chất độn vô cơ chậm cháy nằm trong

khoảng 200 tới 300 0C Điều này cho phép chúng ảnh hưởng lên trạng thái ban đầu của ngọn lửa Đây là sự tạo phấn (Canxi cacbonat), với sự khử của Cacbon dioxit chỉ ở nhiệt độ khoảng 900 0C thì không phù hợp Nhược điểm của chất chậm cháy dạng này là lượng sử dụng lớn (trên 60%) thì cần thiết để cho kết quả tốt Ưu điểm lớn của chúng là sản phẩm cháy không sản sinh ra khí độc hại và ăn mòn, nên chúng được cân nhắc như là chất ít nguy hại tới cơ thể sống

Chất chậm cháy vô cơ khác là amoni polyphotphat cũng như hợp chất chứa photpho đỏ; tính năng chính của chúng thường là sự hình thành lớp than (dạng C) Phạm vi ứng dụng của 1 vài dạng amoni polyphotphat bị giới hạn bởi độ hòa tan của chúng trong nước; tuy nhiên các chuỗi có mạch dài, cũng như dạng được bao bọc với khả năng hòa tan thấp cũng có khả năng sử dụng

Một vật liệu dạng gốm mà được nung kết trong lửa để hình thành nên lớp bảo

vệ như thủy tinh trên nền rắn thì hữu ích trong những trường hợp đặc biệt thường

là nhiệt độ nung kết là 800 tới 900 0C; tương tự mở rộng ra đối với dạng của graphit Tất của các chất chậm cháy vô cơ là dạng rắn vì vậy không phù hợp cho các vật liệu trong suốt Bảng 1.3 tóm tắt các đặc tính của các chất chậm cháy vô

cơ thông thường

Bảng 1.3: Các chất chậm cháy vô cơ

Loại hợp chất Công thức Nhiệt độ phân hủy

C 260-270 0C

1.6.1.2 Các chất chậm cháy chứa Halogen

Nhóm chất chậm cháy này thì thông dụng, chỉ sau chất vô cơ Mức tiêu thụ của các chất chậm cháy chứa halogen xấp xỉ 1 phần 3 của tổng lượng chất chậm cháy Trong phần lớn trường hợp thì hỗn hợp chứa brom và clo được sử dụng, hoặc các phụ gia và chất dẻo hóa hoặc các hợp chất hoạt động tương tự thì cũng có thể được đưa vào trong suốt quá trình đóng rắn để hình thành nên chất tạo màng và các liên

kết cộng hóa trị để hình thành cấu trúc mạng polyme Hệ chứa các hợp chất halogen làm việc theo cơ chế giải phóng ra các gốc tự do (dạng D) Hydro bromua hoặc hydro clorua được khử từ nền, dưới ảnh hưởng của nhiệt, chúng tham gia vào pha khí và ngăn các phản ứng dây chuyền trong ngọn lửa

Theo nguyên lý, tất cả các dạng chậm cháy chứa halogen thì đều có hiệu ứng giải phóng ra các gốc tự do, nhưng khác với chúng là làm giảm sự khử (Các liên kết Cacbon-halogen thì mạnh) giới hạn khả năng thực hiện chức năng của chúng để chúng có thể sớm hoạt động, ở nhiệt độ thấp hơn trong pha ban đầu của quá trình cháy Năng lượng liên kết của flo tới các nguyên tố Cacbon trong hợp chất hữu cơ thì quá cao để sử dụng, trường hợp của iot (R-I) thì lại quá thấp đến nỗi hỗn hợp của iot không đủ ổn định ở nhiệt độ thường

Liên kết Brom với các cacbon (R-Br) thì bị bẻ gãy dễ dàng hơn liên kết clo với cacbon (R-Cl) và bởi hợp chất vòng thơm của halogen thì ổn định hơn hợp chất khi kết hợp với axit béo, nên hợp chất brom thơm và hợp chất clo với axit béo đã được xác định là loại phù hợp nhất cho chất chậm cháy Bởi hợp chất của brom phân hủy nhanh trong khoảng nhiệt độ hẹp mà đặc trưng là giai đoạn khởi tạo của ngọn lửa, 1 nồng độ cao của hydro bromua được hình thành trong pha khí ở giai đoạn ban đầu; vì thế chất chậm cháy chứa brom làm dịu đi nhanh hơn các dạng của Clo Do khả năng ổn định nhiệt của chúng thì nên thích hợp để sử dụng cho vật liệu nhựa nhiệt dẻo Parafin clorua dạng lỏng thì được sử dụng nhiều hơn như

là 1 chất dẻo hóa Để tránh “tách nước” của chất chậm cháy dạng lỏng bởi sự di chuyển ra ngoài của nền, hỗn hợp chứa halogen với các nhóm phụ gia hoạt động được sử dụng trong nhiều phản ứng tổng hợp nhựa như polyurethan, epoxy, polyeste chưa bão hòa và nhựa alkyd, chúng có thể thực hiện các phản ứng đóng rắn, vì thế các phân tử chất chậm cháy tạo thành màng rắn trên nền cấu trúc mạng polyme và cản trợ sự di chuyển Bảng 1.4 chỉ ra việc lựa chọn các chất chậm cháy halogen thông thường nhất Các hợp chất clo hóa có hiệu năng làm chậm cháy rất tốt, hàm lượng từ 15-20 % khối lượng thì đủ để đạt tới 1 thống bảo vệ cháy đầy đủ (phù hợp)

Bảng 1.4: Chất chậm cháy halogen

Độ bền nhiệt Ghi chú Dùng nhƣ chất chậm cháy

Parafin clorua

30-70% Cl 220 0C

Rẻ, ổn định ánh sáng, chất lỏng, chất hóa dẻo Polybromdiphenyl

Tetrabromphtalic anhydrit axit 400 0C

Hiệu năng của chúng có thể được nâng cao bởi đồng thời sử dụng antimon trioxit, bởi oxit kim loại này bay hơi ở nhiệt độ của ngọn lửa và tham gia vào hoạt động giải phóng gốc tự do của hợp chất hydro halogen theo phương thức tổng hợp bởi sự hình than của phân tử trung gian SbX3 Bột Antimon trioxit là chất có khả năng gây ung thư, nên không được đề nghị sử dụng cho các mục đích trong sinh lý học Kẽm hydroxit cũng như kẽm borat đang được thảo luận như là chất có khả năng thay thế

Trong ngọn lửa, hợp chất halogen là khí có tính axit tạo ra ăn mòn và gây nguy hại tới cơ thể sống Hoạt động ăn mòn trên phần kim loại và dây điện có thể gây ra

các vấn đề nghiêm trọng Các ảnh hưởng độc hại của hydro halogen thông thường không nguy hại như sự có mặt của cacbon monoxit là nguyên nhân chính gây chết người trong đám cháy Hiện nay, khả năng phát sinh ra dioxin bởi hợp chất chứa brom vòng thơm như polybrom diphenyl oxit được biết đến như vấn đề nghiêm trọng; đây là trở ngại lớn cho khả năng tái sử dụng hoặc vứt bỏ của đồ nhựa trong nhà và vật dẫn điện được bảo vệ cháy theo cách này

1.6.1.3 Chất chậm cháy chứa Photpho

Đây là loại chất chậm cháy thông dụng thứ 3, chủ yếu là tạo bề mặt ngăn cháy Hợp chất chứa photpho (thông thường là axit photphoric và este của axit photphoric) hoạt động bởi sự hình thành lớp than bảo vệ (dạng C) Chúng đặc biệt

có tác dụng với hệ chất tạo màng có chứa nhiều nhóm hydroxyl Axit photphoric được giải phóng bởi sự phân hủy, chúng xúc tiến xúc tác axit loại nước và hình thành nên cấu trúc giàu liên kết đôi C=C, mà bằng phản ứng gốc hình thành nên lớp cacbon bảo vệ ổn định nhiệt; thêm nữa, chúng có thể hình thành nên lớp chậm cháy giống như axit photphoric nóng chảy trên bề mặt nền Phần lớn các chất chậm cháy chứa photpho được sử dụng như chất hóa dẻo, trong trường hợp cần bảo quản khi các dạng bay hơi thấp được sử dụng, để đảm bảo khả năng bảo vệ cháy của vật liệu Hợp chất như diethyl photphat vì thế ít phù hợp, mặc dù khả năng chậm cháy tốt của chúng, bởi chúng hướng tới sự bay hơi dần dần từ nền Diphenyl photphat và các hợp chất tương tự thì thích hợp hơn, để thay thế

Một vài hỗn hợp chất của photpho được bổ xung halogen và phản ứng giải phóng gốc tự do của halogen được sử dụng như hiệu ứng bổ xung Có thể có 1 vài hiệu ứng tổng hợp giữa photpho và halogen bởi sự hình thành các chất trung gian như

PX5 và POX3 Bảng 1.5 nêu ra một vài đại diện quan trọng của nhóm này Hợp chất của photpho không chứa halogen tạo ra các khí không có tính axit trong ngọn lửa và

vì vậy ít gây nguy hại tới sự ăn mòn và nguy cơ độc hại như hệ chứa halogen Nhưng một vài dạng chất chậm cháy thông dụng chứa photpho có khả năng gây nguy hại tới cơ thể sống mà đã bị nghi ngờ gần đây, như tris(cloethyl) photphat và dimetylphotphat

Bảng 1.5: Chất chậm cháy chứa photpho

Dùng nhƣ là phụ gia (chất hóa dẻo)

Este của Axit photphoric

Ưu điểm: Chất lỏng, hiệu quả, có một phần halogen (hiệu ứng tổng hợp)

Nhược điểm: Giá thành, sự ổn định với thủy phân thấp

1.6.1.4 Chất chậm cháy hình thành than

Bảng 1.6: Hợp chất chậm cháy giàu liên kết đôi, nhóm hydroxyl và cấu trúc vòng thơm

Axit polycacbonic vòng thơm

Xelullo Được kết hợp với

hợp chất photpho

Như thành phần polyol trong PU, ngành dệt Dẫn xuất đường

Hiệu ứng: Hình thành nên các cấu trúc liên kết ngang ở mật độ cao giúp ổn định nhiệt (các lớp than)

Hợp chất với hàm lượng liên kết đôi cao, như cấu trúc vòng thơm và hydroxyl, ete và các nhóm este thì đặc biệt phù hợp cho hình thành lớp than, tạo ra các lớp liên kết của nền cacbon (dạng C) Chúng có thể là 1 phần của hệ chất tạo màng (như polyeste vòng thơm trong polyurethan và polyeste không no hoặc celullo và dẫn xuất đường trong nhựa polyurethan và trong ngành dệt), chúng có thể được xem như chất độn (như nhựa melamin dạng rắn) hoặc chúng có thể được tạo ra trong suốt phản ứng đóng rắn nhựa, như cái gọi là bọt PIR, ở đó bổ xung thêm nhóm polyurethan (hình thành bởi phản ứng của isoxyanic và polyol), isoxyanua tạo cấu trúc vòng được hình thành bởi xúc tác trime hóa của nhóm isoxyanat dư, bảng 1.6

1.6.1.5 Hệ trương phồng

Hệ trương phồng được sử dụng trên tất cả các lớp phủ bảo vệ khỏi lửa cho xốp và cấu trúc kim loại, các thành phần của nó cũng có thể dùng (tận dụng) trong các hệ nhựa tổng hợp Khi gặp nhiệt của ngọn lửa, lớp phủ trương phồng sẽ nở ra hàng trăm lần thể tích ban đầu và thổi phồng lớp xốp mà hoạt động như lớp các nhiệt bởi

sự có mặt của khí không cháy trong các lỗ xốp, ngăn cản dòng oxi vào

Hệ trương phồng gồm:

- 1 gốc cacbon (xúc tiến việc than hóa như pentaerythritol, tinh bột, nhựa ure, vv)

- 1 gốc axit (như amoni polyphotphat)

- 1 tác nhân tạo bọt, 1 gốc của khí không cháy để mang vào phần phồng ra của hệ

- 1 chất tạo màng (tốt nhất là nhựa nhiệt dẻo) mà tan chảy dưới nhiệt của ngọn lửa, chứa các bọt khí ở trạng thái nhớt và hình thành nên lớp cacbon cách nhiệt cùng với lớp tàn của cacbon