Kalis api

Bahan tahan api ialah bahan tambahan kimia yang meningkatkan ketahanan api bahan yang berkaitan

Bahan-bahan ini ditambah kepada pelbagai jenis produk siap – plastik, tekstil, salutan, dan sebagainya. Tugas utama perencat api adalah untuk mencegah atau memperlahankan proses pembakaran dengan menggunakan pelbagai kaedah fizikal dan kimia.

Bahan kalis api digunakan dalam pelbagai industri termasuk pembinaan dan perabot, cat dan varnis, pelekat, plastik dan pengangkutan.

Kimia pembakaran polimer dan peranan perencat api

Bahan polimer seperti poliuretana biasanya mudah terbakar kerana apabila dipanaskan, rantai polimer terurai dan produk meruap dibebaskan yang menyokong tindak balas pembakaran dalam fasa gas. Proses pembakaran polimer melalui peringkat berikut: penguraian terma rantai, pelepasan gas mudah terbakar, penyalaan dan perambatan api.

Bahan perencat api mengganggu peringkat-peringkat ini melalui pelbagai mekanisme, mengakibatkan pencucuhan tertangguh, keamatan pembakaran yang berkurangan dan pelepasan haba dan asap yang berkurangan.

Mekanisme-mekanisme ini boleh dibahagikan secara meluas kepada:

• tindakan fasa pepejal — menggalakkan pembentukan lapisan karbon (arang) yang menebat permukaan bahan secara haba dan mengehadkan akses oksigen daripada persekitaran,
• tindakan fasa gas — menghalang tindak balas radikal utama dalam nyalaan api dengan melepaskan sebatian yang mencairkan bahan api atau menghentikan tindak balas pembakaran rantai,
• Mekanisme penyejukan endoenergetik — menyerap haba semasa penguraian kalis api, yang mengurangkan suhu keseluruhan zon pembakaran.

Bahan kalis api halogen

Sesetengah perencat api mengandungi atom klorin atau bromin, yang dalam fasa gas bertindak dengan mengganggu radikal reaktif dalam nyalaan, contohnya H•, OH•, yang memperlahankan tindak balas pembakaran dan mengurangkan kadar pembebasan haba. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh potensi kebimbangan kesihatan dan alam sekitar, khususnya hasil sampingan pembakaran halogen, penggunaannya semakin dihadkan dan digantikan dengan larutan bebas halogen.

Bahan kalis api bebas halogen

Bahan perencat api bebas halogen tidak mengandungi atom klorin atau bromin. Kumpulan ini terutamanya merangkumi:

• sebatian fosforus (fosfat, fosfinat, fosfonat),
• sebatian nitrogen,
• bahan tambahan mineral bukan organik (contohnya hidroksida logam).

Bahan perencat api fosforus

Di bawah suhu yang tinggi, atom fosforus dalam strukturnya mengalami perubahan yang membawa kepada pembentukan asid fosforik dan polifosforik, yang bertindak sebagai pemangkin untuk dehidrasi bahan. Proses ini menggalakkan pembentukan lapisan hangus (arang) pada permukaan bahan yang terbakar, yang bertindak sebagai penghalang yang mengehadkan akses oksigen, pemindahan haba dan penyebaran produk penguraian yang meruap ke dalam zon nyalaan. Mekanisme ini berlaku terutamanya dalam fasa pepejal, dan keberkesanannya bergantung pada keupayaan fosforus untuk menstabilkan struktur karbon dengan membentuk struktur fosforus-karbon yang stabil secara terma.

Salah satu bahan perencat api yang biasa digunakan ialah tris(2-kloro-1-metiletil) fosfat, juga dikenali sebagai TCPP (Roflam P), yang, disebabkan oleh kehadiran fosforus dan klorin, bertindak dalam fasa pepejal dan gas, menghalang perambatan api dan mengehadkan kadar pembakaran.

Bahan perencat api nitrogen

Ini adalah sekumpulan sebatian kimia yang strukturnya mengandungi sejumlah besar atom nitrogen, selalunya dalam bentuk triazina atau amina. Kepekatan nitrogen yang tinggi menggalakkan pembebasan gas tidak mudah terbakar, contohnya N₂, NH₃, semasa penguraian pada suhu tinggi, yang membawa kepada pencairan campuran gas mudah terbakar dan oksigen dalam zon pembakaran, mengurangkan keamatan proses pembakaran dan melambatkan penyalaan. Disebabkan oleh mekanisme ini, kalis api nitrogen bertindak dalam fasa gas dan menyokong mekanisme yang membawa kepada pembentukan lapisan karbon pelindung.

Contohnya termasuk melamin dan derivatifnya, melamin sianurat dan melamin polifosfat, yang sering digunakan dalam poliuretana, poliamida dan polimer lain sebagai bahan tambahan bebas halogen.

Bahan tambahan mineral bukan organik sebagai kalis api

Bahan tambahan mineral bukan organik ialah sekumpulan bahan yang mempengaruhi kemudahbakaran bahan melalui proses fizikal dan kimia yang berlaku pada suhu tinggi, tanpa penyertaan atom karbon yang menjadi ciri sebatian organik. Yang paling biasa digunakan ialah hidroksida logam, seperti aluminium hidroksida dan magnesium hidroksida, yang terurai secara endoterma apabila dipanaskan, memancarkan air.

Contoh lain termasuk fosfat bukan organik, oksida dan pengisi mineral, yang boleh bertindak sebagai penyerap haba atau membantu membentuk lapisan pelindung pada permukaan bahan.

Pengubahsuaian dan pengenalan bahan kalis api ke dalam bahan poliuretana

Bahan perencat api boleh digabungkan ke dalam poliuretana dalam pelbagai cara — kedua-duanya sebagai bahan tambahan, iaitu campuran fizikal dalam jisim polimer, dan sebagai komponen reaktif yang digabungkan ke dalam rantai polimer semasa sintesis. Bahan perencat api reaktif boleh memberikan integrasi yang lebih tahan lama dengan matriks, mengurangkan migrasi dan meningkatkan kestabilan prestasi jangka panjang.

Kepentingan teknikal dalam aplikasi

Dalam aplikasi poliuretana, bahan kalis api adalah penting dalam penghasilan busa, elastomer, salutan dan komponen struktur, di mana pematuhan terhadap piawaian keselamatan kebakaran, contohnya kelas kebakaran, dikehendaki oleh peraturan dan piawaian teknikal. Bahan kalis api yang dipilih dengan baik boleh meningkatkan masa pencucuhan dengan ketara, mengurangkan kadar penyebaran api dan mengehadkan pelepasan haba dan asap, yang penting untuk keselamatan bahan dalam pembinaan, pengangkutan dan aplikasi elektronik.