Το ίδιο το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) περιέχει μεγάλο αριθμό ατόμων χλωρίου στη μοριακή του δομή. Όταν θερμαίνεται, απελευθερώνει αέριο υδροχλώριο, το οποίο έχει μια ορισμένη ανασταλτική επίδραση στην καύση. Ωστόσο, η διαδικασία καύσης του μπορεί να παράγει λιωμένα σταγονίδια, καπνό και τοξικά αέρια, περιορίζοντας την περαιτέρω εφαρμογή του σε κατασκευές, ηλεκτρισμούς, μεταφορές και δημόσιους χώρους. Για τη βελτίωση της απόδοσης καύσης, τα πρόσθετα επιβραδυντικά φλόγας διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στις συνθέσεις PVC. Η επιστημονική επιλογή και η συμβατότητά τους επηρεάζουν άμεσα τη βαθμολογία επιβραδυντικού φλόγας του υλικού, τα χαρακτηριστικά καπνού και την ασφάλεια των προϊόντων καύσης, καθιστώντας μια βασική προσέγγιση για τη βελτίωση της απόδοσης πυρασφάλειας των προϊόντων.
Από την άποψη του μηχανισμού καύσης, η καύση PVC περιλαμβάνει πολλαπλά στάδια: θερμική αποσύνθεση, καύση αέριας-φάσης και συμπυκνωμένη-επιβραδυντικότητα φλόγας φάσης. Στα αρχικά στάδια της θερμικής αποσύνθεσης, το υδροχλώριο που απελευθερώνεται μπορεί να αραιώσει τη συγκέντρωση των εύφλεκτων αερίων και να αναστείλει τις αλυσιδωτές αντιδράσεις ελεύθερων ριζών. Ωστόσο, σε υψηλές θερμοκρασίες, η ανεπαρκής ενανθράκωση ρητίνης οδηγεί εύκολα στο σχηματισμό λιωμένων σταγονιδίων, επιταχύνοντας τη διάδοση της φλόγας. Ο ρόλος των πρόσθετων επιβραδυντικών φλόγας είναι να αλλάζουν τη διαδικασία καύσης μέσω απορρόφησης θερμότητας και ψύξης, προάγοντας το σχηματισμό άνθρακα, απομονώνοντας το οξυγόνο και σβήνοντας τις ελεύθερες ρίζες της φλόγας. Για παράδειγμα, τα ανόργανα επιβραδυντικά φλόγας όπως το υδροξείδιο του αργιλίου και το υδροξείδιο του μαγνησίου αποσυντίθενται και απελευθερώνουν νερό κρυστάλλωσης όταν θερμαίνονται, απορροφώντας μεγάλη ποσότητα θερμότητας και μειώνοντας την επιφανειακή θερμοκρασία του υλικού, ενώ ταυτόχρονα παράγουν υδρατμούς για να αραιώσουν εύφλεκτα αέρια. Τα επιβραδυντικά φλόγας με βάση{7}}φώσφορο μπορούν να προάγουν την αφυδάτωση και την απανθράκωση του PVC, σχηματίζοντας ένα πυκνό στρώμα απανθρακώματος που εμποδίζει τη μεταφορά θερμότητας και μάζας. Οι ενώσεις με βάση το βόριο-μπορούν να σχηματίσουν ένα υαλώδες στρώμα κάλυψης στη συμπυκνωμένη φάση, εμποδίζοντας τη διαφυγή εύφλεκτων πτητικών.
Όσον αφορά τη ρύθμιση της απόδοσης, διαφορετικά επιβραδυντικά φλόγας έχουν διαφορετικές οδούς και συνοδευτικά αποτελέσματα στη βελτίωση της απόδοσης καύσης του PVC. Τα ανόργανα υδροξείδια μετάλλων έχουν υψηλή απόδοση επιβράδυνσης φλόγας, χαμηλή τοξικότητα και σχετικά χαμηλή παραγωγή καπνού, αλλά οι μεγάλες προσθήκες μπορούν να επηρεάσουν τη μηχανική αντοχή και τη ρευστότητα επεξεργασίας της ρητίνης, απαιτώντας συνεργιστική βελτιστοποίηση με πλαστικοποιητές και βοηθήματα επεξεργασίας για τη μείωση των αρνητικών επιπτώσεων. Τα διογκούμενα επιβραδυντικά φλόγας από φωσφόρο-αζώτου μπορούν να σχηματίσουν ένα διογκούμενο στρώμα άνθρακα κατά την καύση, παρέχοντας θερμομόνωση, φράγμα οξυγόνου και καταστολή καπνού, καθιστώντας τα κατάλληλα για εφαρμογές με αυστηρά όρια καπνού, όπως μετρό, σήραγγα και εσωτερικά υλικά πολυώροφων{3}. Ενώ τα αλογονωμένα επιβραδυντικά φλόγας (όπως τα αλογονωμένα με βάση το βρώμιο-και το χλώριο-) προσφέρουν υψηλή επιβραδυντικότητα φλόγας και απαιτούν μόνο μικρές ποσότητες, ενδέχεται να παράγουν τοξικά υδραλογονίδια και διοξίνες κατά την καύση ή την αποσύνθεση σε υψηλές{{7} θερμοκρασίες. Η εφαρμογή τους είναι περιορισμένη λόγω των ολοένα και πιο αυστηρών κανονισμών για το περιβάλλον και την ασφάλεια και σταδιακά αντικαθίστανται από λύσεις χαμηλής-τοξικότητας και χαμηλού{10}}καπνού.
Η απόδοση του καπνού είναι ένας άλλος βασικός δείκτης για την αξιολόγηση της ασφάλειας της καύσης του PVC. Εκτός από τον τύπο του επιβραδυντικού φλόγας, η συνδυασμένη χρήση κατασταλτικών καπνού μπορεί να μειώσει σημαντικά τη συγκέντρωση του ορατού καπνού και τη δημιουργία διαβρωτικών αερίων κατά την καύση. Οι ενώσεις του μολυβδαινίου, οι ενώσεις ψευδαργύρου και ορισμένα οξείδια μετάλλων μπορούν να αντιδράσουν με το υδροχλώριο για να σχηματίσουν άλατα χαμηλής{{2} πτητικότητας, αναστέλλοντας το σχηματισμό σωματιδίων καπνού και μειώνοντας τη διαβρωτικότητα, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για την εκκένωση του προσωπικού και τη διάσωση από την πυρκαγιά. Ο συνεργιστικός σχεδιασμός καταστολής καπνού και επιβράδυνσης φλόγας απαιτεί συστηματική δοκιμή κατά τη διάρκεια του σταδίου της σύνθεσης για να εξισορροπηθεί η σχέση μεταξύ της απόδοσης επιβράδυνσης φλόγας, της επίδρασης καταστολής καπνού και της απόδοσης επεξεργασίας υλικού.
Η αξιολόγηση της απόδοσης της καύσης πρέπει να διεξάγεται σύμφωνα με σχετικές τυπικές μεθόδους, όπως ο προσδιορισμός του δείκτη οξυγόνου (LOI), οι δοκιμές κάθετης/οριζόντιας καύσης, η θερμιδομετρία κώνου και η δοκιμή πυκνότητας καπνού. Αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιούνται όχι μόνο για να καθοριστεί εάν τα υλικά πληρούν τις απαιτήσεις διαβάθμισης επιβραδυντικού φλόγας για εφαρμογές κτιρίων, ηλεκτρικών ή μεταφορών, αλλά και για να παρέχουν μια ποσοτική βάση για βελτιστοποίηση τύπου. Στο σχεδιασμό του προϊόντος, η ένταση ακτινοβολίας θερμότητας, οι συνθήκες αερισμού και τα χαρακτηριστικά πιθανής πηγής ανάφλεξης διαφορετικών σεναρίων χρήσης θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη για την ορθολογική επιλογή συστημάτων επιβραδυντικών φλόγας, αποφεύγοντας την αναζήτηση ακραίων τιμών για έναν μόνο δείκτη που θα μπορούσε να οδηγήσει σε επιδείνωση άλλων πτυχών απόδοσης ή αύξηση του κόστους.
Συνολικά, η ρύθμιση της απόδοσης καύσης των πρόσθετων PVC βελτιώνει την απόδοση ασφάλειας των υλικών PVC σε συνθήκες πυρκαγιάς μέσω της συνεργιστικής επίδρασης της επιβράδυνσης φλόγας, της καταστολής καπνού και των μηχανισμών σχηματισμού απανθράκων. Η επιστημονική επιλογή συστημάτων χαμηλής-τοξικότητας, χαμηλού-καπνού και υψηλής απόδοσης επιβραδυντικών φλόγας και καπνού-μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει τη βαθμολογία πυραντοχής των προϊόντων και να μειώσει την εξάπλωση της πυρκαγιάς και τους κινδύνους των τοξικών αναθυμιάσεων, αλλά και να ευθυγραμμιστεί με τους κανονισμούς πράσινης ασφάλειας, παρέχοντας αξιόπιστες εγγυήσεις για την επέκταση των εφαρμογών δημόσιας ασφάλειας και υψηλού κινδύνου{4} PVC.