تأخیرانداز شعله هالوژنی

تأخیرانداز شعله هالوژنی

تأخیرانداز شعله هالوژنی از دهه 60 میلادی وارد بازار تجاری شده و از قدیمی‌ترین کاهنده­ های شعله بکار رفته در پلیمرها است. کارآیی بالا و قیمت مناسب داشته و مدت­هاست که از پرمصرف‌ترین تاخیراندازهای شعله در قطعات الکترونیکی، منسوجات، مصالح ساختمانی و پوشش ­ها هستند. سازوکار اصلی عملکرد تأخیرانداز شعله هالوژنی در فاز گاز و بر مبنای تله رادیکال­ها است.

این دسته شامل گروه‌های کلر و برم می‌شود. هرچه اتم هالوژن موجود در ترکیب تأخیرانداز شعله بزرگ‌تر باشد عملکرد آن بهتر است. اثبات شده است که کارآیی برم دو برابر کلر است. اما ید پایداری حرارتی مناسبی نداشته و فرآیندپذیری ندارد. امروزه تأخیرانداز بر پایه برم ترین کاربرد گسترده‌ ای دارد. تاکنون بیش از 75 نوع مختلف از ترکیبات تأخیرانداز حاوی برم تولید شده است.

سازوکار عملکرد تاخیرانداز هالوژنی

در دمای بالا، پیرولیز و تخریب اکسیداسیونی پلیمر موجب ایجاد دسته‌های شیمیایی مختلف از کوچک مولکول‌ها شده که قابلیت اکسایش دارند. هم‌زمان با تخریب پلیمر افزودنی هالوژنی نیز تخریب می‌شود. اتم هالوژن آزادشده با ایجاد اخلال در واکنش اکسیداسیون منجر به کاهش تعداد آن‌ها و متعاقباً کاهش گرمای تولیدشده می‌شوند. تولید دیگر گازها در واکنش هالوژن و گازها منجر به رقیق شدن اکسیژن در هوا شده و به این ترتیب LOI را نیز افزایش می دهد.

طبق واکنش های اکسیداسیون بالا، رادیکال‌های هیدروژن، اکسیژن و هیدروکسید منجر به ایجاد واکنش‌های زنجیری می‌شوند. واکنش هیدروژن و گاز اکسیژن منجر به ایجاد دو رادیکال می‌گردد. همچنین واکنش هیدروکسید با کربن مونوکسید با تولید کربن دی‌اکسید، رادیکال هیدروژن و مقدار زیادی گرما همراه است. اضافه شدن برم به این واکنش‌های زنجیری منجر به حذف مقدار زیادی از رادیکال‌های فعال از زنجیر واکنش می‌گردد و هم‌زمان گازها و رادیکال‌هایی تولید می‌کند که فعالیت بسیار کمتری دارند. لذا مقدار گرمای ایجاد شده نیز کاهش می­یابد.

به علت تفاوت شیمیایی و گرمایی پلیمرهای مختلف، می­بایست تأخیرانداز هالوژنی متناسب با هر پلیمر انتخاب شود. این مواد عموماً از ساختارهای آلی همچون آلیفاتیک، حلقوی و آروماتیک تشکیل شده ­اند و متناسب با نوع پلیمر و شرایط فرآیندی انتخاب می‌گردد.

به علت تفاوت شیمیایی و گرمایی پلیمرهای مختلف، می­بایست تأخیرانداز هالوژنی متناسب با هر پلیمر انتخاب شود. این مواد عموماً از ساختارهای آلی همچون آلیفاتیک، حلقوی و آروماتیک تشکیل شده ­اند و متناسب با نوع پلیمر و شرایط فرآیندی انتخاب می‌گردد. این ترکیبات حاوی درصدهای مختلفی از برم در ساختار خود هستند. ساختارهای آلیفاتیک بازده بالاتری دارند. استفاده از ترکیبات هالوژنی به تنهایی کارآیی کمی نشان می ­دهد. در صورت استفاده از این هالوژن­ها به تنهایی، رسیدن به استانداردهای بالا حتی در مقدار بسیار زیاد تاخیرانداز به سختی صورت می­گیرد. به این منظور از مواد سینرژیست همچون اکسید آنتیموان برای افزایش کارآیی آنها استفاده شده است. اضافه کردن آنتیموان، کاهش مقدار مورد نیاز از ترکیب هالوژنی را در پی دارد. این مواد با هالوژن­ها واکنش داده و فعالیت­شان در فاز گازی را بهبود می­بخشد.

محدودیت استفاده از هالوژن­ها

بخارات و دود حاصل از تأخیرانداز شعله هالوژنی سمی بوده و تنفس آن‌ها اثرات مخرب بر سلامت انسان دارد. مشکلات محیط زیستی ناشی از آن‌ها اثبات شده است. طی سالیان اخیر تعداد زیادی از کشورها استفاده از این مواد را  محدود کرده‌اند. از دیگر مشکلات آن‌ها تغییر عملکرد در حضور افزودنی‌های دیگر است. برای مثال افزودن دوده و برخی پرکننده های معدنی مانند کلسیم کربنات و باریم سولفات بر عملکرد هالوژن‌ها تأثیر منفی می‌گذارد. پرکننده های ذکر شده با برم واکنش داده و نمک های پایدار تشکیل میدهند که منجر به کاهش حضور برم در فاز گازی را در پی دارد. حضور هالوژنها به صورت اسیدی خورندگی تجهیزات فلزی همچون ماردون و سیلندر را باعث می­شود.