تأثير مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين على مقاومة الأقمشة للحريق

تأثير مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين على مقاومة الأقمشة للحريق

مع تزايد الوعي بالسلامة، تُستخدم المواد المقاومة للحريق على نطاق واسع في مختلف الصناعات. ولا سيما في صناعة النسيج، حيث ترتبط مقاومة الأقمشة للحريق ارتباطًا مباشرًا بسلامة الأرواح والممتلكات. في السنوات الأخيرة، أصبحت مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين محورًا بحثيًا هامًا نظرًا لخصائصها الممتازة في مقاومة اللهب وملاءمتها للبيئة. تستكشف هذه المقالة تأثير مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين على مقاومة الأقمشة للحريق من وجهات نظر متعددة، حيث تجمع بين معايير المنتج المحددة والبيانات التجريبية لتحليل أدائها في التطبيقات العملية.

1. نظرة عامة على مثبطات اللهب الفوسفورية والنيتروجينية
   1.1 تعريف وتصنيف مثبطات اللهب الفوسفورية والنيتروجينية
   مثبطات اللهب الفوسفورية-النيتروجينية هي فئة من المركبات تتكون أساسًا من الفوسفور والنيتروجين كعناصر مقاومة للهب. بناءً على تركيبها الكيميائي، يمكن تقسيمها إلى فئتين رئيسيتين: مثبطات اللهب الفوسفورية-النيتروجينية العضوية، ومثبطات اللهب الفوسفورية-النيتروجينية غير العضوية. تشمل مثبطات اللهب الفوسفورية-النيتروجينية العضوية بشكل رئيسي الفوسفات والفوسفوراميدات، وغيرها، بينما تشمل مثبطات اللهب الفوسفورية-النيتروجينية غير العضوية فوسفات الأمونيوم، وبولي فوسفات الأمونيوم، وغيرها.

1.2 آلية مقاومة اللهب لمثبطات اللهب الفوسفورية والنيتروجينية
تتضمن آلية مقاومة اللهب لمثبطات اللهب الفوسفورية والنيتروجينية في المقام الأول الجوانب التالية:
• مثبطات اللهب في الطور الغازي: تتحلل مثبطات اللهب المكونة من الفوسفور والنيتروجين في درجات حرارة عالية لإنتاج الجذور الحرة للفوسفور والنيتروجين، والتي يمكنها التقاط الجذور الحرة النشطة أثناء الاحتراق، وبالتالي مقاطعة تفاعل الاحتراق المتسلسل.
• مقاومة اللهب في الطور المكثف: تشكل مثبطات اللهب المكونة من الفوسفور والنيتروجين طبقة فحم مستقرة أثناء الاحتراق، مما يؤدي إلى عزل الأكسجين والحرارة ومنع انتشار اللهب.
• التأثير التآزري: يعمل عنصرا الفوسفور والنيتروجين بشكل تآزري أثناء عملية مقاومة اللهب، مما يحسن الكفاءة.

1. خصائص مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين
   2.1 الصديقة للبيئة
   مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين لا تُنتج مواد سامة أو ضارة أثناء الإنتاج والاستخدام، مما يُلبي المتطلبات البيئية. على سبيل المثال، يُستخدم بولي فوسفات الأمونيوم (APP)، وهو مثبط لهب غير عضوي شائع من الفوسفور والنيتروجين، على نطاق واسع في صناعة النسيج نظرًا لانخفاض سميته وخلوه من الهالوجينات وخصائصه الخالية من الدخان.

2.2 كفاءة عالية
تُحقق مثبطات اللهب الجديدة المُكوّنة من الفوسفور والنيتروجين تأثيرات ممتازة في مقاومة اللهب عند مستويات مُضافة منخفضة. وتُشير التجارب إلى أن إضافة 5% من بولي فوسفات الأمونيوم يُمكن أن يزيد مؤشر الأكسجين المُحدد (LOI) للأقمشة من 18% إلى أكثر من 28%.

2.3 المتانة
تتميز مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين بمقاومة ممتازة للغسل ومقاومة للعوامل الجوية. ويظل أداؤها المقاوم للهب ثابتًا حتى بعد غسلات متعددة والتعرض لفترات طويلة للبيئات الطبيعية.

1. تأثير مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين على مقاومة الأقمشة للحريق
   3.1 مؤشر الأكسجين المحدود (LOI)
   يُعد مؤشر الأكسجين المُحدد مقياسًا مهمًا لتقييم أداء المواد في مقاومة اللهب. يسرد الجدول 1 قيم مؤشر الأكسجين المُحدد لعدة أقمشة شائعة بعد إضافة نسب مختلفة من مثبطات اللهب الجديدة المُكونة من الفوسفور والنيتروجين.

كما هو موضح في الجدول 1، يمكن لمثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين أن تزيد بشكل كبير من قيم مؤشر النفوذ للأقمشة، مع ارتفاع مؤشر النفوذ مع زيادة كمية المادة المضافة.

3.2 معدل إطلاق الحرارة (HRR)
يقيس معدل إطلاق الحرارة معدل إطلاق الحرارة أثناء الاحتراق. يوضح الشكل 1 منحنيات معدل إطلاق الحرارة لأقمشة القطن بعد إضافة نسب مختلفة من مثبطات اللهب الجديدة المكونة من الفوسفور والنيتروجين.

من الشكل 1، يمكن ملاحظة أن إضافة مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين تقلل بشكل كبير من معدل استرداد الحرارة لنسيج القطن، مما يشير إلى انخفاض إطلاق الحرارة أثناء الاحتراق وتحسين أداء مثبطات اللهب.

3.3 كثافة الدخان
تقيس كثافة الدخان كمية الدخان الناتج أثناء الاحتراق. يبين الجدول 2 قيم كثافة الدخان لعدة أقمشة شائعة بعد إضافة نسب مختلفة من مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين.

وكما هو موضح في الجدول 2، فإن مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين قادرة على تقليل كثافة دخان الأقمشة بشكل كبير، مما يقلل من إنتاج الدخان أثناء الاحتراق ويعزز السلامة.

1. أداء مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين في التطبيقات العملية
   4.1 معالجة المنسوجات ضد الحرائق
   تُستخدم مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين على نطاق واسع في معالجة المنسوجات لمقاومة الحريق. على سبيل المثال، في بدلات مكافحة الحرائق، والأزياء العسكرية، وملابس نوم الأطفال، وغيرها من المنسوجات المتخصصة، تُحسّن إضافة هذه المثبطات مقاومة الحريق بشكل ملحوظ، مما يضمن سلامة المستخدم.

4.2 معالجة مواد البناء ضد الحرائق
في مواد البناء، تُستخدم مثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين على نطاق واسع. على سبيل المثال، يمكن لإضافتها إلى الطلاءات والألواح المقاومة للحريق أن تزيد من قدرتها على مقاومة الحريق، مما يقلل من خطر الحرائق.

4.3 معالجة المنتجات الإلكترونية ضد الحرائق
في المنتجات الإلكترونية، تُستخدم مثبطات اللهب الفوسفورية النيتروجينية الجديدة في مواد مثل لوحات الدوائر الكهربائية والكابلات. ويمكن لإضافتها أن تمنع بفعالية الحرائق الناتجة عن ارتفاع درجات الحرارة أو قصر الدوائر الكهربائية، مما يحمي المعدات والمستخدمين على حد سواء.

1. التقدم البحثي في ​​الداخل والخارج
   5.1 التقدم البحثي المحلي
   حقق الباحثون المحليون تقدمًا ملحوظًا في دراسة مثبطات اللهب الجديدة التي تحتوي على الفوسفور والنيتروجين. على سبيل المثال، طوّر فريق بحثي جامعي مثبطًا عضويًا جديدًا للهب من الفوسفور والنيتروجين. أظهرت الاختبارات على أقمشة القطن أن إضافة 5% من المثبط زادت من معامل الاشتعال (LOI) إلى أكثر من 30%، مع مقاومة ممتازة للغسيل.

5.2 التقدم البحثي الدولي
حقق باحثون دوليون نتائج مهمة. على سبيل المثال، طوّر فريق دولي مثبطًا جديدًا للهب غير عضوي من الفوسفور والنيتروجين. أظهرت الاختبارات على أقمشة البوليستر أن إضافة 10% من المثبط أدى إلى زيادة معامل التأثير (LOI) إلى أكثر من 35%، مع انخفاض ملحوظ في كثافة الدخان.

1. اتجاهات التنمية المستقبلية
   6.1 تعدد الوظائف
   في المستقبل، يتمثل أحد التوجهات المستقبلية لمثبطات اللهب الجديدة من الفوسفور والنيتروجين في تعدد الوظائف. على سبيل المثال، تطوير مثبطات ذات خصائص إضافية، مثل القدرة على مقاومة البكتيريا والعفن والكهرباء الساكنة، لتلبية احتياجات التطبيقات المتنوعة.

6.2 تقنية النانو
سيُتيح تطبيق تقنية النانو فرصًا جديدة لتطوير مثبطات لهب جديدة من الفوسفور والنيتروجين. ويمكن للمعالجة النانوية أن تُحسّن تشتت واستقرار المثبطات، مما يُعزز كفاءتها بشكل أكبر.

6.3 مثبطات الذكاء
تُعدّ الوظائف الذكية اتجاهًا مهمًا آخر. على سبيل المثال، تطوير مثبطات اللهب الذكية التي يمكنها تعديل أدائها تلقائيًا بناءً على درجة حرارة البيئة، لتحسين قابليتها للتكيف في التطبيقات العملية.