Az előző bejegyzésben szó volt róla, milyen komoly katasztrófákhoz vezethetnek az égő műanyag tárgyak, nem csoda hogy az égésgátlási módszerek fejlesztésével rengeteg kutató foglalkozik szerte a világon. Évről évre  tudományos cikkek garmada jelenik meg a témában, s nemzetközi konferenciákon vitatják meg legújabb ötleteiket a szakmabeliek. (A képen a 2009-es európai konferencia, amelyen magam is részt vettem, Lengyelországban.)

Forrás: http://www.frpm09.com/index.html

Szerencsére itthon is komoly tapasztalat halmozódott már fel e téren, s itt ragadnám meg az alkalmat, hogy ez úton is köszönetet mondjak a BME Vegyészmérnöki Karán tevékenykedő nemzetközi hírnevű kutatócsoportnak, Marosi György Professzornak és csapatának, akik nagyon komoly segítséget nyújtanak a kutatásaimhoz. S feltétlenül megemlíteném a velem együtt dolgozó doktorandusz / diplomatervező / szakdolgozat író / TDK készítő hallgatókat is, akik kitartóan végzik a tesztek néha végeláthatatlannak tűnő sorát a laboratóriumban, bizony nekik is nagy hálával tartozom. A kutatás ma már nem egyéni foglalatosság, hanem összehangolt csapatjáték: a kutatócsoportok tagjai sok apró mérésből rakják össze az eredményeket, amelyeket publikálnak, így - az internetnek hála -, ezek azonnal eljutnak a világon érintett többi szakmabelihez. Tehát jellemzően nem egy tudós/feltaláló alkot nagyot, hanem „sok kis téglából épül a tudomány nagy épülete”.

No, de visszakanyarodva a témához, hogyan kell egyáltalán elképzelni a műanyagok égését?

Forrás: http://www.bagittoday.com

Az égési reakcióhoz alapvetően két dolog szükséges, ahogy ezt annakidején környezetórán is tanultuk: éghető anyag és a levegő oxigénje. A folyamat legtöbbször egy külső hőforrás miatti hőmérséklet növekedésével indul el (pl. már ég a ház egy része). Ha a műanyageszköz hőmérséklete elér egy bizonyos szintet, megkezdődik a benne lévő kémiai kötések felbomlása. A keletkező molekulalánc-töredékek illékony frakciója a levegőbe kerül, és gyúlékony gázelegyet alkot, amely be is gyullad, ha egy külső szikrával vagy lánggal érintkezik. Az égés közben jelentős hő szabadul fel, amelynek hatására újabb lánctördelődés történik, és még több éghető gáz keletkezik. Ezáltal alakul ki az égés körfolyamata, amelyet égési háromszögnek neveznek.

Forrás: F. Laoutid, L. Bonnaud, M. Alexandre, J.-M. Lopez-Cuesta, Ph. Dubois:New prospects in flame retardant polymer materials:From fundamentals to nanocomposites Materials Science and Engineering, 63, (2009), 100–125

Több fontos szempont jellemzi magát az éghetőséget, ezekre néhány példa:

-          egy adott hőfokon mennyi idő alatt gyullad meg az anyag?

-          mennyi oxigén kell az égéséhez?

-          mennyi hőt bocsát ki az égése során?

-          milyen gyorsan terjed a láng az égő tárgyon?

-          elalszik-e magától, s ha igen, mennyi idő alatt?                                              

Ezek laboratóriumi körülmények között mind mérhetőek, így lehetőség van számszerűsíteni, mennyire éghető, vagy éppen égésgátolt egy adott műanyag.

A műanyagok tűzveszélyességét égésgátló adalékokkal lehet hatékonyan csökkenteni, amelyek hathatnak fizikailag, vagy kémiailag. Az égésgátlók egyik csoportja hőforrás hatására endoterm bomlik, ami hőelvonással jár. Ezáltal a kritikus gyulladási hőmérséklet alá hűlhet a polimer. A legfontosabb idetartozó vegyületek az alumínium-hidroxid és a magnézium-hidroxid. Ezekből a vegyületekből 200-300°C fok között vízgőz szabadul fel, ami felhígítja az eredetileg gyúlékony gázkeveréket, csökkentve ez által a reagensek koncentrációját, és az égés lehetőségét. Bizonyos égésgátlók ezen kívül védőréteget képeznek az égő gázok és a degradálódó szilárd fázis között, amelynek eredményeként a bomlástermékként jelentkező gázok mennyisége lecsökken, továbbá nem jutnak az égésükhöz elegendő oxigénhez. A műanyagok éghetőségét a legjobb hatásfokkal jelenleg a halogéntartalmú (pl. klór, bróm) égésgátlók csökkentik, de ezek használatát a különböző nemzetközi szabályozások egyre szigorúbban korlátozzák, mivel feldúsulhatnak az élő szervezetekben. Hatásuk lényege az, hogy égés közbeni a szabadgyök-képződés égésgátló bekeverésével megállítható, illetve lassítható.

A problémát az jelenti, hogy minden műanyagtípus más-más kémiai felépítésű, s égési reakcióik is eltérnek, ezért minden típushoz külön-külön kell égésgátló adalék-rendszeret fejleszteni.  A cél természetesen az, hogy minél kevesebb égésgátló felhasználásával lehessen eredményeket elérni, hiszen környezetvédelmi és gazdasági szempontból ez lenne előnyös, ráadásul a nagyobb mennyiségben felhasznált égésgátló adalékok a műanyagok egyéb tulajdonságait (pl. szilárdság) kifejezetten ronthatják. Kutatási tervem egyik súlypontja a reciklált PET-hez olyan égésgátló adalék-rendszer fejlesztése, amely kis koncentrációban is jelentősen gátolja az anyag éghetőségét.