Về bản chất, các loại nhựa đều dễ bắt cháy do cấu trúc phân tử mạch cacbon của chúng. Tuy nhiên mức độ bắt cháy và tốc độ lây lan của ngọn lửa ở mỗi loại nhựa là khác nhau.
Cháy là phản ứng của chất “nhiên liệu” với oxi, sinh ra nhiệt và ngọn lửa. Cụ thể trong trường hợp này, nhựa là nguyên liệu cho sự cháy. Nguyên lý cháy của nhựa có thể được hiểu đơn giản như sau: Nhựa chứa cacbon và hydrogen, đây là nguyên liệu duy trì ngọn lửa. Phản ứng oxy hóa khử nhiệt độ cao giữa nhựa và chất oxy hóa tạo ra các sản phẩm oxy hóa dạng hơi, trong một hỗn hợp gọi là khói. Sự cháy tạo ra ngọn lửa, và tạo ra nhiệt độ đủ cho sự cháy tự duy trì.
MC là 1 dạng nylon, được tạo lên từ các đơn thể Lactam Monomer C6H11NO nóng chảy, dùng hợp chất kiềm làm chất xúc tác, các chất kích hoạt và các chất phụ gia khác hỗ trợ để tạo thành hỗn hợp Comonomer. Đặc tính của nhựa MC là độ cứng bề mặt cao, bền dẻo, độ bền kéo, khả năng chống va đập tốt , chống mỏi chịu mài mòn, chịu gập gấp rất tốt và đặc biệt là khả năng chống cháy cao.
Nhựa MC được ứng dụng để làm đệm chống mài mòn, chi tiết chịu lực, các máy móc liên quan đến vận chuyển, chuyên chở, tấm MC chống cháy,...
Nhựa POM (Polyoxymethylene), còn được gọi là acetal, polyacetal và polyformaldehyde, có công thức hóa học là (CH2O)n , tỷ trọng 1,41–1,42 g/cm3, điểm nóng chảy 175℃. Nó có màu trắng đục vì thành phần tinh thể cao nhưng có thể được tạo ra với nhiều màu sắc khác nhau. Đây là phát minh của một nhà hóa học người Đức tên Hermann Staudinger vào năm 1953.
Nhựa POM có độ cứng bề mặt cao, độ ăn mòn thấp, độ mỏi khi va chạm và sức chịu va đập tốt, hệ số ma sát thấp, và có khả năng tự bôi trơn. Mặc dù nhựa POM có tỉ lệ co ngót cao nhưng kích thước vẫn ổn định. Tính chất điện môi tốt, chống dung môi, không nứt do ứng suất, không nổi bong bóng cũng là những ưu điểm của nhựa POM. Do có độ bền xoắn, nó có thể được giữ ở hình dạng ban đầu khi bỏ ngoại lực.
Nhựa POM có khả năng chống cháy tốt, ngọn lửa khi cháy có màu xanh trong, không có khói than bay ra, nhựa nóng chảy chuyển màu đen và có mùi hắc rất đặc trưng của fomandehit. Do vậy, nó thể gây kích ứng các mô mũi, họng và mắt.
Các lĩnh vực ứng dụng phổ biến nhất của nhựa POM là ngành chế tạo cơ khí, điện và điện tử, y tế, chế biến thực phẩm và các ngành khác như đồ chơi, cửa sổ, bể nước, bồn rửa.
Nhựa PP (Polypropylene) có công thức hóa học là (C3H6)n. Ở điều kiện bình thường, nhựa PP có màu trắng trong suốt, không màu, không mùi, không vị và không độc. Tuy nhiên, do được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất, nhựa PP thường được thêm các phụ gia tạo màu.
Nhựa PP có tính bền cơ học cao, khá cứng và không mềm dẻo như nhựa PE, không bị kéo giãn dài do đó được chế tạo thành sợi. Nhựa PP có thể bị xé rách dễ dàng khi có một vết cắt hoặc vết thủng nhỏ. Bên cạnh đó, loại nhựa này chịu được nhiệt độ cao hơn 100 độ C, có tính kháng nhiệt tốt hơn PE đồng thời tính chất cách điện và tính chất hóa học cũng rất tốt.
Về tính bắt cháy, nhựa PP khó cháy hơn so với các loại nhựa khác do kháng nhiệt tốt. Khi cháy nó tạo ra ngọn lửa xanh nhạt, có dòng chảy dẻo, có mùi cháy gần giống với mùi cao su.
Ứng dụng phổ biến của nhựa PP là trong công nghiệp bao bì, dệt sợi, làm màng phủ nông nghiệp, chai bình nhựa, và một số sản phẩm yêu cầu chịu nhiệt khác.
Nhựa PA (Polyamide – Polyamit) có công thức hóa học là các chuỗi polymer dài, chứa các đơn vị amide (N-H-C=O). Các polymer này thu được bằng cách trùng hợp axit với amit. Chẳng hạn như: PA66 thu được bằng phản ứng của axit adipic với hexamethylenediamine.
Nhựa PA có đặc tính chịu nhiệt tốt và có tính tự bôi trơn, độ bền cơ học cao, độ cứng cao, độ cứng và độ dẻo dai. Bên cạnh đó, nó cũng có kỹ năng chống mài mòn tuyệt vời, kháng hóa chất tốt, hấp thụ tiếng ồn và chống va đập.
Nhựa PA có khả năng chống cháy tốt, và ưu điểm này càng được phát huy khi nó được gia cố thêm sợi thủy tinh chống cháy.
Nhựa PA thường được ứng dụng làm đệm chống mài mòn, chi tiết chịu lực, công nghiệp xây dựng, đóng tàu, máy bay và các tiện ích khác.
Nhựa ABS (Acrylonitrin butadien styren) có công thức hóa học là (C8H8)x (C4H6)y (C3H3N)z). Nhựa ABS nguyên sinh có màu trắng đục, cứng nhưng không giòn.
Đặc tính của nhựa ABS là chịu lực tác động tốt, tính ổn định kích thước tốt, nhuộm được, gia công tạo hình. Nó giúp gia công máy móc tốt và có độ bền cơ học và độ cứng cao, độ hút nước thấp. Bên cạnh đó, nhựa ABS cũng có khả năng chống ăn mòn tốt, kết nối đơn giản, không độc hại và không mùi.
Trong suốt hơn 50 năm kể từ khi được phát minh, ABS được các nhà sản xuất nhựa nghiên cứu và cải tiến không ngừng để nâng cao đặc tính chống cháy. Hiện nay ABS có sức chống chịu với độ nóng cao nên nó cái tên hàng đầu khi nhắc đến các loại nhựa chống cháy.
Đồ điện tử, đồ gia dụng, công nghiệp ô tô, xe máy, công nghiệp bao bì, vật liệu xây dựng,...là các ứng dụng phổ biến của nhựa ABS. Ngoài ra, do có tính chống cháy, ABS được sử dụng trong vỏ thiết bị điện và điện tử như điện thoại và máy tính.
Như đã đề cập ở đầu bài, không có loại nhựa nào không cháy, chỉ là khả năng bắt cháy ít hay nhiều. Để tăng cường khả năng chống cháy cho nhựa, phụ gia chống cháy (thực tế là phụ gia chậm cháy) là những chất thêm vào, có tác dụng trì hoãn hoặc ức chế khả năng lây lan của ngọn lửa.
Nhiệm vụ của phụ gia chống cháy bao gồm:
- Tăng nhiệt độ bắt cháy của vật liệu
- Làm chậm tốc độ cháy
- Làm giảm lượng nhiệt sinh ra
- Làm giảm sự phát triển của ngọn lửa
Để có những đặc tính như vậy, phụ gia chống cháy cần phân tán tốt với nhựa nền, không làm giảm đi tính chất nhựa nền và không gây ăn mòn máy móc.
|
Cơ chế |
Nguyên lý hoạt động |
|
Dập tắt gốc tự do pha khí |
Các chất này khi phân huỷ sẽ tạo ra những chất dễ phản ứng với gốc tự do hoạt động ( O°, HO°, H°) sinh ra trong quá trình cháy để tạo thành những chất bền, khó cháy. |
|
Tạo lớp cách nhiệt |
Những chất này khi cháy sẽ tạo ra 1 lớp xỉ trơ bao quanh vật liệu, giúp ngăn chặn sự tiếp xúc của oxy với vật liệu cháy. |
|
Làm suy giảm nhiệt năng của phản ứng cháy |
Những chất này khi bị phân huỷ sẽ tạo ra những chất có khả năng thu nhiệt cao, thường là sinh ra hơi nước. |
|
Pha loãng pha khí |
Những chất này khi phân huỷ sẽ tạo ra khí trơ, đẩy oxi xung quanh môi trường ra khỏi vật liệu cháy. |
Những chất này khi phân hủy sẽ tạo ra các gốc tự do Br°, Cl° phản ứng với các gốc tự do hoạt động ( O°, HO°, H°) tạo thành các sản phẩm bền, khó cháy.
Một số ví dụ: Decabromodiphenyl oxit (DECA), Tetrabromobisphenol A (TBBA), Hexabromocyclododecane (HBCD), TBBA-bis-(2,3-dibromopropyl ete), Chloroparaffins
Hợp chất photpho khi cháy sẽ sinh ra axit photphoric, là thành phần giúp hình thành lớp xỉ cứng, trơ nhiệt xung quanh vật thể cháy, giúp ngăn cản việc tiếp xúc của oxy.
Một số ví dụ: Polyphotphat amoni (APP), photpho đỏ, Melamin Polyphotphat (MPP), Alkyl photphat, photphat este, bisphenol A diphotphat (BDP)
Tham gia vào quá trình hình thành ra lớp xỉ trơ, giúp ngăn cản oxy. Khi chúng cháy cũng sinh ra một lượng khí trơ (N2, NO2) đẩy xa oxy ra khỏi vật thể cháy.
Một số ví dụ: Melamin Polyphotphat (MPP), Melamin Cyanuarat (MC)
Sản phẩm sau cháy là những hợp chất rắn trơ giúp hình thành lớp xỉ trơ. Một số hợp chất có tính phân hủy nhiệt và sinh ra nước, làm giảm nhiệt độ của quá trình cháy.
Một số ví dụ: Nhôm hydroxit, magiê hydroxit
