UNIEPALNIACZE - pożyteczne...ale i groźne!
Tworzywa sztuczne wchodzą w skład większości otaczających nas na co dzień przedmiotów. Z tego powodu materiałom polimerowym przeznaczonym dla budownictwa, transportu, meblarstwa czy elektroniki narzucane są surowe kryteria dotyczące odporności na ogień. Stawianie takich wymagań ma na celu obniżenie ryzyka wystąpienia pożaru oraz wydłużenie czasu pozwalającego na ewakuację z miejsca zdarzenia.
W testach palności uwzględnia się szybkość rozprzestrzeniania się płomienia, ilość wydzielanego ciepła oraz dymotwórczość i toksyczność powstających gazów. Zastosowanie danego materiału decyduje o tym, który z tych parametrów ma większe znaczenie przy ocenie bezpieczeństwa.
Jednym ze sposobów ograniczania palności tworzyw sztucznych jest ich modyfikacja poprzez wprowadzanie specjalnych dodatków chemicznych – antypirenów, nazywanych inaczej uniepalniaczami. Zawierają one w swojej strukturze atomy takich pierwiastków jak chlor, brom, fosfor, azot, bor lub glin, które powodują zwiększenie odporności materiału na ogień. Stosowanie ze sobą różnego rodzaju uniepalniaczy, np. związków chloru ze związkami antymonu czy związków fosforu ze związkami azotu, pozwala wzmocnić ich skuteczność poprzez tzw. efekt synergii.
Działanie uniepalniaczy może polegać na:
szybkiej absorpcji ciepła z materiału – wolniejszy wzrost temperatury opóźnia lub uniemożliwia wybuch płomienia;
wydzielaniu związków, które ograniczają dostęp tlenu do cząsteczek o wysokiej temperaturze i nie pozwalają na zapłon – podobnie jak w przypadku niektórych substancji gaśniczych;
tworzeniu stwardniałej warstwy na wierzchu tworzywa, która chroni przed przenikaniem żaru w głąb materiału.
Niektóre antypireny tworzą także warstwę termoizolacyjną lub wydzielają mało reaktywne rodniki, które nie poddają się procesowi spalania. To, jakie zjawisko zachodzi w obecności danego składnika, zależy od budowy antypirenu. Niektóre z nich mogą zajść wyłącznie w fazie stałej, inne tylko w fazie gazowej produktu.
W wielu przypadkach stosuje się połączenie różnego rodzaju uniepalniaczy, aby wzmocnić ochronę przed pożarem.
Gdzie najczęściej stosuje się uniepalniacze?
Za najskuteczniejsze uważa się związki halogenowe i fosforowe. Stopniowo jednak odchodzi się od tej pierwszej grupy z uwagi na doniesienia o jej szkodliwym wpływie na środowisko. Gdzie stosuje się uniepalniacze fosforowe?
Materiały budowlane
Przede wszystkim związki na bazie fosforu stanowią dodatek do materiałów konstrukcyjnych. Są kluczowym składnikiem ociepleń, używanych do poprawy wydajności termicznej budynków mieszkalnych i użytkowych.
Związki fosforowe dodaje się także do pianki uszczelniającej, która zastępuje tradycyjne ocieplenie w trudno dostępnych miejscach.
Tkaniny
Antypireny wykorzystywane są do wzmocnienia tkanin używanych do produkcji m.in. kombinezonów hutniczych, strażackich, czy używanych przez kierowców rajdowych. Na co dzień znajdziesz je także w rękawicy kuchennej przeznaczonej do chwytania gorących przedmiotów.
Tworzywa sztuczne
Uniepalniacze do tworzyw sztucznych występują w masach poliuretanowych i polipropylenowych. Te pierwsze są wykorzystywane do produkcji kurtek, odzieży sportowej, butów trekkingowych, a także elementów wyposażenia outdoorowego (np. butelki, termosy).
Z kolei masy polipropylenowe stosuje się do produkcji sprzętu medycznego, a także powłok okrywających przewody i części samochodowych.
Farby i lakiery
Uniepalniacze to popularny dodatek do substancji używanych w lakiernictwie. Farby ogniochronne wykorzystuje się zazwyczaj do malowania konstrukcji drewnianych. Używa się ich także w obiektach użyteczności publicznej jak kina, teatry czy galerie handlowe. W sprzedaży znajdziesz powłoki ogniochronne do stosowania wewnętrznego i zewnętrznego.
W tym przypadku antypireny zmniejszają ryzyko zapłonu świeżej farby i ograniczają rozprzestrzenianie się pożaru poprzez stworzenie warstwy piany o zwartej strukturze. Ogranicza ona przepływ ciepła i spowalnia wzrost temperatury.
Zapobiegają pożarom, ale nas trują?
Uniepalniacze bromoorganiczne należą do jednych z najskuteczniejszych substancji ograniczających spalanie materiałów syntetycznych. Z tego powodu związki te znalazły szerokie zastosowanie przy produkcji urządzeń elektrycznych, elektronicznych, tekstyliów, mebli oraz innych produktów odziennego użytku.
Bromowane uniepalniacze stanowią 25% wszystkich środków zmniejszających palność. Zawartość tych substancji w gotowym produkcie wynosi od 5% do 30%.
Środki zmniejszające palność są wyjątkowo szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Mimo tego można je spotkać w wielu rodzajach tworzyw sztucznych które bez ich dodatku zapalają się błyskawicznie. Badacze wciąż pracuję nad wytwarzaniem nieszkodliwych antypirenów. Materiały syntetyczne wykonane z polimerów organicznych zazwyczaj palą się bardzo dobrze ze względu na wysoką zawartość węgla, a jeśli są w postaci pianek palą się jeszcze lepiej i w zależności od ich składu chemicznego wydzielają toksyczne gazy takie jak cyjanek wodoru lub tlenek węgla. Z tego powodu pianki poliuretanowe i ich pochodne mogą a nawet muszą być modyfikowane dodatkami takimi jak antypireny. Pianki są szeroko stosowane w produkcji mebli tapicerowanych, materacach, izolacjach, opakowaniach, i jako pianki uszczelniające. Konwencjonalne halogenowe środki obniżające palność takie jak tri chloropropylo fosforanu (TCPP) lub polibromowe difenyloetery (PBDE) podejrzewa się o to iż są szkodliwe dla zdrowia i środowiska. Niektóre z tych substancji są bardzo trwałe i odkładają się w środowisku, mając podobne działanie jak hormony i są uważane za rakotwócze. Dlatego też postanowiono opracować nieszkodliwe, przyjazne środowisku zamienniki.
Nowo opracowane antypireny są organicznymi związkami zawierającymi fosfor tzw. fosforoamidy. Naukowcy zsyntetyzowali wiele substancji (które różnią się od siebie pod względem typu podstawników w postaci amin przyłączonych do fosforu) i dodali do pianki poliuretanowej w rosnących kolejno stężeniach. Pierwsze wyniki badań pokazały że antypireny nie mają negatywnego wpływu na proces wytwarzania pianki. W rezultacie konwencjonalnie środki, szkodliwe dla środowiska i zdrowia mogą wkrótce przejść do przeszłości.