دیکومن (2،3-دی متیل-2،3-دی فنیل بوتان): کاربردها و شیمی بازدارنده شعله

2،3-دی متیل-2،3-دی فنیل بوتان چیست؟

2،3-دی متیل-2،3-دی فنیل بوتان - که معمولاً با نام تجاری آن Dicumene یا سیستماتیک به عنوان bicumene شناخته می شود - یک ترکیب آلی با فرمول مولکولی C16H20 و شماره CAS 1889-67-4 است. این ماده به کلاس دی‌آل‌آلکان‌ها تعلق دارد و از نظر ساختاری با دو گروه کومیل (بخش‌های α-متیل بنزیل) که در اتم‌های کربن سوم خود به هم متصل شده‌اند، مشخص می‌شود و یک مولکول متقارن با پیوند مرکزی C-C با انرژی تفکیک غیرمعمول کم را تشکیل می‌دهند.

این پیوند مرکزی ضعیف - با انرژی تفکیک پیوند تقریباً 155-160 کیلوژول بر مول به طور قابل توجهی کمتر از یک پیوند C-C معمولی در 345 کیلوژول بر مول - ویژگی تعیین کننده ترکیب و منبع ارزش تجاری آن است. هنگامی که گرم می شود، 2،3-دی متیل-2،3-دی فنیل بوتان تحت شکاف همولیتیک این پیوند قرار می گیرد تا دو رادیکال کومیل (رادیکال های 1-متیل-1-فنیل اتیل) با راندمان بالا و در دماهای کاملا قابل کنترل تولید کند. این رفتار تولید رادیکال، زیربنای استفاده از آن در پردازش پلیمر، سیستم های بازدارنده شعله و سنتز شیمیایی ویژه است.

این ترکیب یک جامد کریستالی سفید تا مایل به سفید در دمای اتاق با نقطه ذوب است 86-88 درجه سانتی گراد و وزن مولکولی 212.33 گرم بر مول. در حلال‌های آلی رایج از جمله تولوئن، زایلن و حلال‌های کلردار حل می‌شود و عملاً در آب نامحلول است. گریدهای تجاری معمولاً با تجزیه و تحلیل GC به خلوص بالاتر از 98٪ دست می یابند.

دیکومن به عنوان یک بازدارنده شعله: مکانیسم و کاربردها

کاربرد صنعتی اولیه 2،3-دی متیل-2،3-دی فنیل بوتان در زمینه بازدارنده شعله، از گرماسازی تولید رادیکال آن بهره می برد. در سیستم‌های پلیمری در معرض احتراق، انتشار آتش توسط یک واکنش زنجیره‌ای از رادیکال‌های هیدروژن و هیدروکسیل در فاز گاز بالای سطح سوزانده می‌شود. بازدارنده‌های شعله که از طریق مکانیسم مهار رادیکال (فاز گاز) عمل می‌کنند، این واکنش زنجیره‌ای را با معرفی گونه‌های رادیکال رقیب که چرخه احتراق را قبل از اینکه بتواند خود را حفظ کند، قطع می‌کنند.

هنگامی که یک ماتریکس پلیمری حاوی دیکومن به دمای مربوط به احتراق می رسد، این ترکیب برای تولید رادیکال های کومیل شکافته می شود. این رادیکال‌ها ترجیحاً با واسطه‌های انتشار شعله فعال (رادیکال‌های H• و OH• واکنش نشان می‌دهند)، و به طور موثر واکنش زنجیره‌ای احتراق را خاموش می‌کنند. از آنجا که دمای شروع گرمازدگی دیکومن - تقریبا 120-150 درجه سانتیگراد در بازه‌های زمانی مربوط به پردازش - می‌توان با فرمولاسیون تنظیم کرد و از آنجایی که ترکیب حاوی هالوژن نیست، به عنوان یک بازدارنده شعله مبتنی بر رادیکال غیر هالوژنه طبقه‌بندی می‌شود، یک دسته از علاقه‌های تجاری رو به رشد به عنوان فشار نظارتی بر بازدارنده‌های شعله برومه و کلردار در سطح جهانی تشدید می‌شود.

استفاده در سیستم های پلی الفین متقاطع

یکی از مهم‌ترین کاربردهای دیکومن به‌عنوان عامل هم‌عامل یا اصلاح‌کننده آغازگر در فرمول‌های بازدارنده شعله پلی اولفین متقابل پراکسید است. در ترکیبات پلی اتیلن (PE) و پلی پروپیلن (PP) که برای عایق سیم و کابل استفاده می شود، اتصال عرضی با پراکسیدهای آلی به طور همزمان با ادغام بازدارنده شعله در طول اکستروژن یا عملیات حرارتی بعدی انجام می شود. دیکومن در این زمینه به عنوان a عامل اتصال متقاطع و بافر رادیکال - تعدیل تراکم اتصالات عرضی، کاهش سوختگی زودرس در طول اکستروژن، و کمک به جمعیت رادیکال خود در مکانیزم بازدارنده شعله هنگامی که کابل در سرویس قرار گرفت و در معرض آتش سوزی قرار گرفت.

ترکیبات سیم و کابل برای کاربردهای بدون هالوژن با دود کم (LSZH) - بازاری که توسط کدهای ساختمان و استانداردهای ایمنی آتش سوزی بخش حمل و نقل در اروپا، ژاپن و به طور فزاینده ای آمریکای شمالی هدایت می شود - نشان دهنده بیشترین حجم استفاده نهایی برای دیکومن در فرمولاسیون های مقاوم در برابر شعله است. کابل‌های LSZH باید هر دو الزامات پخش شعله و چگالی دود را بدون ترکیبات هالوژنه‌ای که بر نسل‌های قبلی عایق کابل‌های ضد حریق غالب بودند، برآورده کنند.

سیستم های ضد شعله سینرژیستیک

دیکومن به ندرت به عنوان تنها ضد شعله در فرمولاسیون های تجاری استفاده می شود. این معمولاً به عنوان یک هم افزایی در کنار مواد بازدارنده شعله مبتنی بر مواد معدنی - معمولاً تری هیدرات آلومینیوم (ATH) یا هیدروکسید منیزیم (MDH) - استفاده می شود که از طریق تجزیه گرماگیر و مکانیسم انتشار آب برای خنک کردن بستر و رقیق شدن گازهای قابل احتراق عمل می کنند. ترکیب مکانیزم خنک‌کننده فاز متراکم (ATH/MDH) با مکانیسم مهار رادیکال فاز گاز (دیکومن) یک اثر هم افزایی ایجاد می‌کند که به رتبه‌بندی بازدارنده شعله در بارهای افزودنی کل کمتر از هر یک از اجزاء به تنهایی دست می‌یابد و خواص مکانیکی پلیمر را در ترکیب نهایی حفظ می‌کند.

سطوح بارگذاری معمولی دیکومن در چنین سیستم‌های هم افزایی از دامنه متغیر است 1-5 قسمت در صد رزین (phr) در کنار 40 تا 150 phr ATH یا MDH، بسته به ماتریس پلیمری و رتبه UL 94 یا IEC 60332 مورد نیاز است.

زمینه گسترده تر: شیمی بازدارنده شعله و چشم انداز تنظیمی

بازدارنده های شعله یک کلاس شیمیایی متنوع از افزودنی‌ها هستند که در پلیمرها، منسوجات، پوشش‌ها و مصالح ساختمانی برای کاهش اشتعال‌پذیری، سرعت انتشار شعله آهسته و محدود کردن انتشار گرما گنجانده شده‌اند. مصرف جهانی بازدارنده شعله بیش از حد است 2.5 میلیون تن در سال با تقاضای ناشی از مقررات ساختمان و ساخت و ساز، استانداردهای تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی و الزامات ایمنی آتش سوزی بخش حمل و نقل.

مکانیسم های بازدارنده شعله به چهار دسته کلی تقسیم می شوند که اغلب به طور همزمان در یک فرمول کار می کنند:

• حذف رادیکال فاز گاز: ترکیبات هالوژنه (برم، کلر) و مولدهای رادیکال مانند دیکومن گونه‌های فعالی را آزاد می‌کنند که واکنش‌های زنجیره‌ای احتراق را در منطقه شعله قطع می‌کنند. این یکی از کارآمدترین مکانیسم ها بر اساس وزن است.
• تجزیه گرماگیر: هیدرات های معدنی (ATH، MDH، مخلوط هانتیت-هیدرومگنزیت) گرما را جذب کرده و بخار آب را پس از تجزیه آزاد می کنند، بستر را خنک می کنند و گازهای قابل احتراق را رقیق می کنند. معمولاً بارهای زیاد (40 تا 65 درصد وزنی) مورد نیاز است که بر پردازش پلیمر و خواص مکانیکی تأثیر می گذارد.
• تشکیل کاراکتر (سیستم های تشدید کننده): بازدارنده های شعله بر پایه فسفر، که اغلب با منبع کربن (پنتا اریتریتول) و یک عامل دمنده (ملامین) ترکیب می شوند، باعث تشکیل یک لایه زغال سنگ منبسط شده روی سطح پلیمر می شوند که بستر را از گرما و اکسیژن عایق می کند. به طور گسترده در پلی پروپیلن، فوم پلی یورتان، و پوشش های متورم برای فولادسازی سازه استفاده می شود.
• رقیق سازی فیزیکی و سینک حرارتی: پرکننده های معدنی با سطح بالا مانند کربنات کلسیم، تالک و ترکیبات بور از طریق جرم حرارتی، رقیق شدن محتوای پلیمر قابل احتراق و در برخی موارد مشارکت شیمیایی مستقیم در تشکیل زغال، به عملکرد بازدارنده شعله کمک می کنند.

محرک های نظارتی تغییر تقاضا به سمت سیستم های غیر هالوژنه

محیط نظارتی برای بازدارنده های شعله در دو دهه گذشته به طور قابل توجهی تغییر کرده است. دی فنیل اترهای پلی برومینه (PBDE) - که قبلاً بازدارنده شعله هالوژنه غالب در کاربردهای الکترونیک و فوم بودند - اکنون تحت دستورالعمل RoHS اتحادیه اروپا، کنوانسیون استکهلم در مورد آلاینده‌های آلی پایدار، و مقررات مشابه در آمریکای شمالی و آسیا و اقیانوسیه محدود یا ممنوع شده‌اند. Hexabromocyclododecane (HBCDD) و برخی پارافین های کلردار با زنجیره کوتاه به طور مشابه محدود شده اند. اثر ترکیبی یک تغییر پایدار بازار به سمت جایگزین‌های غیر هالوژنه، از جمله سیستم‌های مبتنی بر فسفر، فرمول‌های تشدیدکننده، هیدرات‌های معدنی و ترکیبات آلی مبتنی بر رادیکال مانند دیکومن است.

این مسیر نظارتی باعث سرمایه‌گذاری قابل توجهی در تحقیق و توسعه در بخش بازدارنده شعله شده است. سیستم‌های غیر هالوژنه که می‌توانند با عملکرد بازدارنده‌های برم دار در بارهای معادل یا کمتر مطابقت داشته باشند - در حالی که فرآیند پذیری پلیمر و خواص مکانیکی را حفظ می‌کنند - قیمت قابل‌توجهی دارند و جزو سریع‌ترین بخش‌های در حال رشد در بازار جهانی بازدارنده‌های شعله هستند که پیش‌بینی می‌شود از آن بیشتر شود. 14 میلیارد دلار تا سال 2030 .

ملاحظات نگهداری، نگهداری و ایمنی برای Dicumene

2،3-دی متیل-2،3-دی فنیل بوتان، علیرغم مشخصات حمل و نقل نسبتا ملایم آن در مقایسه با پراکسیدهای آلی مایع، برای حفظ یکپارچگی محصول و اطمینان از ایمنی محل کار، نیاز به روش های نگهداری و جابجایی مناسب دارد.

دیکومن به عنوان یک پیش ساز رادیکالی که بیش از آستانه فعال سازی خود تحت گرمازدگی قرار می گیرد، باید دور از منابع گرما و عوامل اکسید کننده قوی ذخیره شود. دمای ذخیره سازی توصیه شده در زیر است 30 درجه سانتی گراد در یک منطقه خشک و دارای تهویه مناسب، دور از نور مستقیم خورشید. این ترکیب تحت مقررات حمل و نقل سازمان ملل در شکل کریستالی جامد خود به عنوان خود واکنشی یا انفجاری طبقه بندی نمی شود، که آن را از آغازگرهای رادیکال مبتنی بر پراکسید که نیاز به حمل و نقل و ذخیره سازی با دمای کنترل شده دارند متمایز می کند.

از نظر قرار گرفتن در معرض شغلی، خطر اولیه استنشاق گرد و غبار در حین کار با پودر کریستالی است. حفاظت تنفسی (حداقل صفحه فیلتر کننده FFP2) و محافظت از پوست/چشم الزامات استاندارد در طول عملیات توزین و ترکیب هستند. این ترکیب باید به عنوان یک گرد و غبار بالقوه قابل احتراق در محیط های پردازش محصور در نظر گرفته شود که در آن تجمع ذرات ریز ممکن است رخ دهد - شیوه های استاندارد خانه داری صنعتی و کنترل گرد و غبار اعمال می شود.

تامین کنندگان دیکومن تجاری برگه های داده های ایمنی (SDS) را مطابق با توصیه های GHS/UN، از جمله داده های دقیق سم شناسی، اقدامات کمک های اولیه، و راهنمایی های دفع ارائه می دهند. خریدارانی که ترکیب را در فرمول‌های پلیمری برای بازارهای نهایی تنظیم‌شده (سیم و کابل، الکترونیک، مصالح ساختمانی) ادغام می‌کنند باید اسناد SDS کامل را حفظ کنند و غربالگری مواد را در برابر فهرست‌های مواد محدود قابل اجرا - از جمله فهرست نامزدهای اتحادیه اروپا REACH SVHC و IEC 62474 - به عنوان بخشی از گردش کار مطابقت محصول خود انجام دهند.