מעכבי בעירה

1. מעכבי בעירה ד"ר דורית טייטלבאום תיכון שמעון בן צבי, גבעתיים מבוסס על הספר "לא על הברום לבדו" דורית טייטלבאום

2. מעכבי בעירה משולש האש חומר מחמצןחמצן חום(אנרגייתשיפעול ( חומר דליק דורית טייטלבאום

3. שלבי הבעירה 1. הצתה - השלב בו מקור אנרגיה חיצוני מספק את אנרגיית השיפעול המתחילה את התהליך. משך הזמן של שלב זה תלוי:בכמות האנרגיה המסופקת על ידי המקור הראשוני ובטיב החומר הבוער. 2. התפתחות - השלב בו הבעירה גדלה ומתפתחת. קצב התפשטות הבעירה תלוי: בסוג החומר הבוערובתנאי הסביבה הקרובה . 3. בעירה קבועה - השלב בו הבעירה ממשיכה בקצב וטמפרטורה קבועה. משך הזמן של שלב זה תלוי בכמות החומר הדליק . 4. סיום - השלב בו הבעירה מתחילה לדעוך ולבסוף מסתיימת לחלוטין. הסיום תלוי בביטול אחד הגורמים לבעירה - חומר דליק, חמצן, חום. הסיום יכול להיות טבעי או על ידי התערבות חיצונית. דורית טייטלבאום

4. הסכנות בבעירה 1. הרעלה - כתוצאה משאיפת גזים רעילים. למשל בעתשריפתמזרוניפוליאוריתןנפלט הגזHCN 2. כוויות - כתוצאה מחשיפה לחום . 3. חנק - כתוצאה מחוסר חמצן. בזמן הבעירה ישנה ירידה בכמות החמצן הנצרך לבעירה ועלייה בכמות פחמן דו-חמצני ופחמן חד-חמצני הנפלטים בבעירה. 4. הגבלת שדה הראיה - כתוצאה מפליטת עשן סמיך ופיח. חומרים אלו מקשים על ההימלטות מאזור הבעירה ומגדילים את החשיפה לסכנות הקודמות . דורית טייטלבאום

5. תהליך הבעירה של תרכובות פחמן הטמפרטורה של החומר עולה התנועה התרמית של המולקולות מתגברת החומר קולט אנרגיה קשרים בין מולקולריים ותוך מולקולריים נשברים נוצרות מולקולות קטנות ורדיקלים חופשיים יש מעבר של מולקולות קטנות ורדיקלים חופשיים משכבת המוצק לשכבה הגזית הקרובה למוצק הבעירה מתרחשת בשכבה הגזית הסמוכה למוצק דורית טייטלבאום

6. שלבי הבעירה ברמה המולקולרית 1. הצתה - יצירת רדיקלים חופשיים* . 2. התפתחות - הגדלת מספר הרדיקלים החופשיים . 3. בעירה קבועה - איזון בין מספר הרדיקלים החופשיים הנוצרים ומספר הרדיקלים החופשיים שמתחסלים . 4. סיום - רדיקלים חופשיים מגיבים זה עם זה . *רדיקלים חופשיים - חלקיקים בעלי אלקטרון בלתי מזווג דורית טייטלבאום

7. R -H R• + H• R• + O = O R-O-O• R-O-O• + R-H R-O-O-H + R• R-O-O-H R-O• + H-O• H• + O = O H-O• + O• R-H + H-O• R• + H2O R-H + O• R-O• + H• H-O• + H• H2O נסמן את התרכובת הפחמימנית הבוערת ב- R-H דוגמאות לתגובות : פרוק הפחמימן לרדיקלים שרשרת תגובות המתחילות ב - R• שרשרת תגובות המתחילות ב -H• יצירת הקשרO-Hמשחררת אנרגיה רבה מאד . סיום אפשרי דורית טייטלבאום

8. כיצד נכבה ??? מבנה בוער בלוני גז אדם שבגדיו בוערים מערכת חשמל בוערת דורית טייטלבאום

9. מעכבי בעירה המטרה:לעכב או למנוע הצתה של החומר הדליק לקטוע את התקדמות הבעירה או לעכב את קצב התפשטותה. המטרה לאפשר הימלטות מאזור הבעירה . אזור הפעולה:1. בשכבת המוצק2. בשכבה הגזית מעל למוצק3. בשתי השכבות גם יחד אופן הפעולה:התפרקותאנדותרמיתבחומר ולכן ירידה בכמות האנרגיה הזמינה לחימום המוצק ולכן יש האטה בקצב התפרקות המוצק. יצירת שכבה מבודדת ובלתי חדירה, כמו קצף או משטחזכוכית,אשר מונעת מהאנרגיה המשתחררת להגיע חזרה למוצק ומהגזים הדליקים לצאת לאזור הבעירה . דורית טייטלבאום

10. Al2O3• 3H2O Al2O3(s)+H2O(g) Mg(OH)2(s)MgO (s)+H2O(g) NaHCO3( s) Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g) דוגמאות : פרוקאנדותרמי נוצרים:אדי מים המדללים את כמות החמצן,ופיח שהוא חומר מבודד ובעלטמפרטורת התלקחות גבוהה מאד תרכובות זרחן ובור בתאית נוצרים גזיםאינרטיים: אדי מים ופחמן דו-חמצני.הפולפרופן "מתפחם", הגז נלכדב"פיח", ונוצר מעין קצף מבודד בפוליפרופן המכילתרכובות אורגניות של זרחן וחנקן או כהלים נוצרים:אדי מים המדללים את החמצןומקטינים את ריכוז הגזים הדליקים באזור הבעירה פרוקאנדותרמי אלומינה שלושהידראטAl2O3•3H2O ומגנזיוםהידרוכסידיMg(OH)2 נתרן מימן פחמתיNaHCO3 נוצרים אדי מים ופחמן דו-חמצני פרוקאנדותרמי דורית טייטלבאום

11. מעכבי בעירה שהם תרכובותהלוגניות r-Br r• + Br• R-H + Br• HBr +R• H• + HBr H2 + Br• R• + HBr RH + Br• HO• + HBr H2O + Br• אזור הפעולה:האזור הגזי אופן הפעולה:מנגנון רדיקלי שלבי התגובה:מעכב הבעירה קולט אנרגיה, במעכב הבעירה מתפרקים קשריC-BrאוC-Cl הרדיקלים של ההלוגן (Br•אוCl•) מגיבים עם אטומי מימן בפולימר ויוצריםH-BrאוH-Cl למולקולות אלו תפקיד חשוב בבלימת תגובות השרשרת המתרחשות בעת בעירת הפולימר, שכן הן מגיבות עם רדיקלים פעילים כדוגמת H•או OH•ויוצרות מהן מולקולות בלתי פעילות כמוH2ו-H2O. רדיקלי הברום והכלור הינם מתונים ובעלי פעילות נמוכה יחסית. דורית טייטלבאום

12. מעכבי בעירה שהם תרכובותהלוגניות רדיקלי הברום והכלור הינם מתונים ובעלי פעילות נמוכה יחסית. באופן כזה פוחתת האנרגיה החוזרת לפולימר, העלולה לגרום לפרוק כמות נוספת שלו שילובם של רדיקלי הלוגנים בתהליך הבעירה מאט את קצב התפשטותה ומביא לריסונה דורית טייטלבאום

13. מעכבי בעירה עשויים להיות מ ו ס פ י ם פ ע י ל י ם המשמעות היא כי החומריםמוספגים במוצר או מעורבבים במוצר החומרים משולבים במוצר כחלק בלתי נפרד. על ידי יצירת קשריםקוולנטיים בין מולקולות המוצר לבין מולקולות מעכב הבעירה. דורית טייטלבאום

14. מעכבי בעירה מוספים יתרונות * אין צורך בתכנון תהליכים כימיים מורכבים לצורך הוספתם * ניתן להוסיפם בכמויות משתנות ובכך להתאימם לנדרש עבור צורך מסוים חסרונות * עשויים לעבור “פריחה” דהיינו, לנדוד אל שטח הפנים של המוצר (הפולימר) עליו הם מצטברים כאבקה ומתפזרים. ברמה המולקולרית הדבר קשור בהעדר קשריםקוולנטיים.תופעה זו גורמת לירידה ביעילות המעכב וכן למראה לא נאה של המוצר. * עשויים לפגוע בחוזק המכני של המוצר דורית טייטלבאום

15. מעכבי בעירה מוספים דוגמאות : מוסף ל- שם החומר נוסחת החומר מוצרי פלסטיק כמו: צינורות בידוד לחשמל,חומרי בניה אלומינה שלושהידראט ומגנזיוםהידרוכסידי Al2O3•3H2O Mg(OH)2 מוצרי עץ וטכסטיל NH4Br אמון ברומי הקסא-ברומוציקלודודקאן(HBCD) מוצרים פולימריים שונים למשל פוליסטירן ופוליסטירן מוקצף (קלקר) C12H18Br6 )טבעת המורכבת מ-12 אטומי פחמן) שני החומרים הראשונים יוצרים H2O שני החומרים האחרונים יוצרים HBr דורית טייטלבאום

16. מעכבי בעירה פעילים יתרונות * יוצרים קשריםקוולנטיים עם המוצר לכן לא יעברו "פריחה" חסרונות * יש צורך בתכנון תהליכים כימיים מורכבים לצורך הוספתם * חייבים להתאים בתכונותיהם לתכונות הפולימר אליו הם שייכים * חייבים להכיל קשרים מתאימים לאלו הקיימים במונומרים הבונים את הפולימר או לאלו הקיימים בקבוצות הפונקציונליות החופשיות של הפולימר. לדוגמא: פולימר הנוצר על ידי סיפוח, (פתיחה של קשר כפול) יחייב מעכב המכיל קשר כפול. פולימר הנוצר על ידי דחיסה, יחייב מעכב המכיל קבוצה פונקציונלית של כהל(OH) או חומצהקרבוקסילית (COOH) דורית טייטלבאום

17. H H C=C H C6H4Br CH2Br CH2OH HOCH2 C CH2Br CH2Br CH2OH BrCH2 C CH2Br מעכבי בעירה פעילים דוגמאות : מוסף ל- שם החומר ונוסחתו ברומוסטירן פולימרים המיוצרים בסיפוח די ברומוניאופנטיל גליקול(DBNPG) פולימרים המיוצרים בדחיסה טרי ברומוניאופנטיל גליקול(TBNPG) פולימרים המכילים קבוצות פונקציונליות חופשיות של חומצהקרבוקסילית דורית טייטלבאום

18. שיקולים בבחירת מעכב בעירה * סוג הפולימר - דחיסה, סיפוח, קב’ פונקציונליות * מעכב מוסף צריך להיות בעל צמיגות דומה לזו של הפולימרבמצב מותך * טמפרטורת העיבוד של הפולימר - דהיינו, לא מתפרק בטמפרטורה בה מיוצר או מעובד הפולימר. על כן, לאיינזקבעת העיבוד * לא מזיק לציוד בו מיוצר או מעובד הפולימר * לא מתפרקבטמפרטורהובתנאים בהם משתמשים בפולימר * מתפרק בטווחטמפרטורת הפרוק של הפולימר * לא פוגע באופן משמעותי בתכונות העיקריות של הפולימר כמו למשל: שקיפות, חוזק מכני, עמידות לחומרים כימיים ועוד. * מחיר סביר * ידידותי לסביבה - לא משחררלאווירחומרים רעילים בעת הבעירה דורית טייטלבאום

19. מעכבי בעירה שאלות: • 1. מדוע לא משתמשים בפלואור וביוד ליצירתתרכובות של מעכבי בעירה? • קרא בספר בעמודים 224-225, וסכם את הסיבות לכך. • מהו תחום הפעולה של כיבוי השריפה? • מהו תחום הפעולה של מעכב הבעירה? • מהו פולימר? • מהן הקבוצות הפונקציונליות המשתתפות בפילמור דחיסה? • מהן הקבוצות הפונקציונליות המשתתפות בפילמור סיפוח? דורית טייטלבאום