Der Wirkungsmechanismus von Flammschutzmitteln ist komplex und noch nicht vollständig verstanden. Es wird allgemein angenommen, dass sich Halogenverbindungen bei Einwirkung von Feuer und Hitze zersetzen und dabei Halogenidionen freisetzen, die mit Polymeren unter Bildung von Halogenwasserstoffen reagieren. Diese Halogenwasserstoffe reagieren mit den zahlreichen aktiven Hydroxylradikalen (HO·), die bei der Verbrennung entstehen, verringern ihre Konzentration und verlangsamen die Verbrennungsgeschwindigkeit, bis die Flamme erlischt. Unter den Halogenen hat Brom eine größere flammhemmende Wirkung als Chlor. Phosphor-haltige Flammschutzmittel wirken, indem sie bei der Verbrennung Metaphosphorsäure bilden. Metaphosphorsäure polymerisiert zu einem sehr stabilen Polymer, bildet eine Schutzschicht auf dem Kunststoff und isoliert ihn vom Sauerstoff.
Flammschutzmittel entfalten ihre flammhemmende Wirkung durch mehrere Mechanismen, wie endotherme Wirkung, Abdeckwirkung, Hemmung von Kettenreaktionen und Erstickungswirkung nicht{1}brennbarer Gase. Die meisten Flammschutzmittel erreichen ihren flammhemmenden Zweck durch die kombinierte Wirkung mehrerer Mechanismen.
1. Endotherme Wirkung
Warum sollte man sich sofort entfernen, wenn man roten Rauch aus einem Flugzeug sieht? Die bei der Verbrennung freigesetzte Wärme wird in kurzer Zeit begrenzt. Wenn ein Teil der von der Feuerquelle freigesetzten Wärme in kürzerer Zeit absorbiert werden kann, sinkt die Flammentemperatur, wodurch die auf die brennende Oberfläche abgestrahlte Wärme verringert wird und die bereits verdampften brennbaren Moleküle in freie Radikale zerlegt werden. Dadurch wird die Verbrennungsreaktion bis zu einem gewissen Grad gehemmt. Unter Hochtemperaturbedingungen reagieren Flammschutzmittel stark endotherm, absorbieren einen Teil der bei der Verbrennung freigesetzten Wärme, senken die Oberflächentemperatur des brennbaren Materials, hemmen wirksam die Bildung brennbarer Gase und verhindern die Ausbreitung der Verbrennung. Der flammhemmende Mechanismus von Al(OH)3-Flammschutzmitteln besteht darin, die Wärmekapazität des Polymers zu erhöhen, sodass es mehr Wärme absorbieren kann, bevor es seine thermische Zersetzungstemperatur erreicht, wodurch seine flammhemmende Leistung verbessert wird. Diese Flammschutzmittel nutzen ihre Eigenschaft, in Kombination mit Wasserdampf eine große Wärmemenge zu absorbieren, voll aus und verstärken so ihre eigene flammhemmende Wirkung.
2. Abdeckwirkung
Nach der Zugabe von Flammschutzmitteln zu brennbaren Materialien können die Flammschutzmittel bei hohen Temperaturen eine glasartige oder stabile Schaumdeckschicht bilden, die Sauerstoff isoliert und für Isolierung, Sauerstoffisolierung und die Verhinderung des Entweichens brennbarer Gase sorgt, wodurch der Zweck der Flammhemmung erreicht wird. Beispielsweise können Organophosphor-Flammschutzmittel beim Erhitzen eine stabilere vernetzte feste Substanz oder eine karbonisierte Schicht erzeugen. Die Bildung dieser karbonisierten Schicht kann eine weitere Pyrolyse des Polymers verhindern und verhindern, dass seine inneren thermischen Zersetzungsprodukte in die Gasphase gelangen und am Verbrennungsprozess teilnehmen.
3. Hemmung von Kettenreaktionen
Nach der Kettenreaktionstheorie der Verbrennung sind freie Radikale erforderlich, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Flammschutzmittel können in der Gasphase-Verbrennungszone wirken, indem sie freie Radikale bei der Verbrennungsreaktion einfangen, wodurch die Flammenausbreitung verhindert, die Flammendichte in der Verbrennungszone verringert und letztendlich die Verbrennungsreaktion verlangsamt wird, bis sie beendet ist. Beispielsweise haben halogenierte Flammschutzmittel eine Verdampfungstemperatur, die der Polymerzersetzungstemperatur entspricht oder nahe daran liegt. Wenn sich das Polymer beim Erhitzen zersetzt, verflüchtigt sich gleichzeitig auch das Flammschutzmittel. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich das halogenierte Flammschutzmittel und die thermischen Zersetzungsprodukte gleichzeitig in der Verbrennungszone der Gasphase, und das Halogen kann bei der Verbrennungsreaktion freie Radikale einfangen und so die Kettenreaktion der Verbrennung stören.
4. Erstickungswirkung von nicht-brennbaren Gasen
Beim Erhitzen zersetzen sich Flammschutzmittel und setzen nicht-brennbare Gase frei, wodurch die Konzentration der aus dem brennbaren Material freigesetzten brennbaren Gase unter die untere Entflammbarkeitsgrenze verdünnt wird. Außerdem wird die Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungszone verdünnt, wodurch eine weitere Verbrennung verhindert und somit eine flammhemmende Wirkung erzielt wird.
