Эффект добавок паров фосфорорганических соединений с различной химической структурой в пламени метановоздушной смеси

А.Г.  Шмаков; Т.А. Большова

doi:10.18321/cpc22(4)319-329

Авторы

А.Г. Шмаков Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, ул. Институтская, 3, Новосибирск, Россия
Т.А. Большова Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, ул. Институтская, 3, Новосибирск, Россия

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc22(4)319-329

Ключевые слова:

метан, фосфорорганические соединения, ингибирование, структура пламени, детальный химико-кинетический механизм

Аннотация

Механизм ингибирующего действия антипиренов в различных пламенах представляет интерес с точки зрения разработки эффективных методов снижения горючести полимеров. В настоящее время существует большое количество антипиренов, среди которых одними из перспективных считаются фосфорсодержащие соединения. С помощью метода зондовой молекулярно-пучковой масс-спектрометрии изучено влияние трех различных фосфорорганических соединений (ФОС) – триметилфосфата (ТМФ), диметилметилфосфоната (ДММФ), диметилфосфорамидата (ДМФА) на химическую структуру богатого (φ=1,2) предварительно перемешанного пламени СH₄/O₂/N₂. Методами численного моделирования проведены расчеты профилей концентрации стабильных веществ, а также лабильных соединений – атомов Н и радикалов ОН в пламенах с добавками ТМФ и ДММФ. Экспериментально установлено, что зона превращения ДМФА расположена в более низкотемпературной зоне пламени, чем зоны превращения ТМФ и ДММФ. Показано, что эффект добавок трех различных ФОС в концентрации 0,02% в смеси СH₄/O₂/N₂ на снижение максимальных концентраций атомов Н и радикалов ОН в зоне горения практически одинаков, что подтверждает ранее полученные выводы об определяющем влиянии фосфора в молекулах исследованных ингибиторов на их эффективность. Для дальнейшего анализа эффекта синергизма P-N в антипиренах из класса фосфорамидатов, простейшим представителем которых является ДМФА, необходимо исследовать кинетику химических реакций превращения этих соединений в пламени с участием атомов и радикалов.

Библиографические ссылки

(1). Gaan S, Rupper P, Salimova V, Heuberger M, Rabe S, Vogel F (2009) Polym Degrad Stab 94:1125-1134. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.03.017

(2). Neisius M, Liang S, Mispreuve H, Gaan S (2013) Ind Eng Chem Res 52:9752-9762. https://doi.org/10.1021/ie400914u

(3). Salmeia KA, Flaig F, Rentsch D, Gaan S (2018) Polymers 10:740. https://doi.org/10.3390/polym10070740

(4). Lu Y, Tang Q, Yang Y, Diao S, Xiang L, Zhang G. (2024) Cellulose 31:2635-2650. https://doi.org/10.1007/s10570-023-05728-1

(5). Liu Y, Zhou L, Ding F, Li S, Li R, Li Z, Huang D and Ren X (2021) J Ind Text 51(3):396-408. https://doi.org/10.1177/1528083719881816

(6). Liang S, Hemberger P, Levalois-Grutzmacher J, Grutzmacher H, Gaan S (2017) Chem Eur J 23:5595-5601. https://doi.org/10.1002/chem.201700402

(7). Liang S, Hemberger P, Neisius NM, Bodi A, Grutzmacher H, Levalois-Grutzmacher J, Gaan S (2015) Chem Eur J 21:1073-1080. https://doi.org/10.1002/chem.201404271

(8). Liang S, Hemberger P, Steglich M, Simonetti P, Levalois-Grützmacher J, Grützmacher H, Gaan S (2020) Chem Eur J 26:10795-10800. https://doi.org/10.1002/chem.202001388

(9). Nguyen C, Kim J (2008) Polym Degrad Stab 93(6):1037-1043. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2008.03.024

(10). Nguyen T-M, Chang S, Condon B, Slopek R, Graves E, Yoshioka-Tarver M (2013) Ind Eng Chem Res 52:4715-4724. https://doi.org/10.1021/ie400180f

(11). Gaan S, Sun G (2007) J Anal Appl Pyrolysis 78(2):371-377. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2006.09.010

(12). Pearce EM, Khanna YP, Raucher D (1981). Thermal Analysis of Polymer Flammability in Thermal Characterization of Polymeric Materials. Turi EA, Ed. Academic Press, Orlando, FL, P. 793-843.

(13). Wang FC-Y (2000) J Chromatogr A 886:225-235. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(00)00538-0

(14). Luijk R, Govers HAJ, Eijkel GB, Boon J (1991) J Anal Appl Pyrolysis 20:303-319. https://doi.org/10.1016/0165-2370(91)80079-N

(15). Barontini F, Marsanich K, Cozzani VJ (2004) Therm Anal Colorim 78:599-619. https://doi.org/10.1023/B:JTAN.0000046122.00243.ed

(16). Siow JE, Laurendeau NM (2004) Combust Flame 136:16-24. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2003.08.010

(17). Hastie JW, Bonell DW. Molecular chemistry of inhibited combustion systems. National Bureau of Standards Report. 1980.– NBSIR 80-2169.

(18). Jayaweera TM (2002) Flame suppression by aqueous solutions: Ph.D. thesis / Tina Melissa Jayaweera. – Cornell University, USA. – 412 P.

(19). Shmakov AG, Korobeinichev OP, Shvartsberg VM, Knyazkov DA, Bolshova TA, Rybitskaya IV (2005) Proc Combust Inst 30:2345-2352. https://doi.org/10.1016/j.proci.2004.07.003

(20). Mache H, Hebra (1941) Sitzungsber. Osterreich, Akad. Wiss. IIa:150-157. https://www.zobodat.at/pdf/SBAWW_150_2a_0157-0174.pdf

(21). Shmakov AG, Shvartsberg VM, Korobeinichev OP, Beach MW, Hu TI, Morgan TA (2007) Combust Flame 149:384-391. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2007.03.002

(22). Wang H, You X, Joshi AV, Davis SG, Laskin A, Egolfopoulos F, Law CK. USC Mech Version II. http://ignis.usc.edu/USC_Mech_II.htm, May 2007.

(23). Jayaweera TM, Melius CF, Pitz WJ, Westbrook CK, Korobeinichev OP, Shvartsberg VM, Shmakov AG, Rybitskaya IV, Curran HJ (2005) Combust Flame 140:103-115. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2004.11.001

(24). Li W, Jiang Y, Jin Y, Zhu X (2019) Fuel 235:1294-1300. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.08.099

(25). Zel’dovich YaB., Barenblatt GI, Librovich VB and Makhviladze GM. Mathematical Theory of Combustion and Explosion, Nauka, Moscow, 1980.

(26). Knyazkov DA, Bolshova TA, Dmitriev AM, Shmakov AG, Korobeinichev OP (2017) Combust Explos Shock Waves 53:388-397. https://doi.org/10.1134/S0010508217040025

(27). Hemelsoet K, Van Durme F, Van Speybroeck V, Reyniers M-F, and Waroquier M (2010) J Phys Chem A 114:2864-2873. https://doi.org/10.1021/jp908502d

(28). Jiao P, Zheng W, Guan Z, He L, Zhang C, Tang J (2024) J Indian Chem Soc 101:01114. https://doi.org/10.1016/j.jics.2023.101114

(29). Werner JH, Cool TA (1999) Combust Flame 117:78-98. https://doi.org/10.1016/S0010-2180(98)00101-1

(30). Jiang W, Jin F.-L, Park S.-J. (2015) J Ind Eng Chem. 27:40-43. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.01.010

(31). Jiang J, Li J, Hu J, Fan D (2010) Constr Build Mater 24(12):2633-2637. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.04.064

(32). Qian X, Song L, Bihe Y, Yu B, Shi Y, Hu Y, Yuen RKK (2014) Mater Chem Phys 143(3):1243-1252. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2013.11.029

(33). Nogueira MF, Fisher EM (2003) Combust Flame 132:352-363. https://doi.org/10.1016/S0010-2180(02)00464-9

(34). Korobeinichev OP, Ilyin SB, Bolshova TA, Shvartsberg VM, Chernov AA. (2000) Combust Flame 121:593-609. https://doi.org/10.1016/S0010-2180(99)00171-6

(35). Korobeinichev OP, Ilyin SB, Mokrushin VV, Shmakov AG. (1996) Combust Sci Technol 116:51-67. https://doi.org/10.1080/00102209608935543