سایکلودکسترین ایمنی ضد شعله را افزایش می دهد

در سطح جهانی، حوادث آتش سوزی همچنان باعث از دست دادن جان و اموال می شود.الکترونیک و سایر زمینه ها، مسائل ایمنی آتش آنها بیشتر برجسته شده است. قابل اشتعال بودن ذاتی، سرعت سوزش سریع و تولید دود سمی از پلیمرها گسترش آتش را تسریع می کنند.تلاش های تخلیه و نجات را پیچیده می کندتوسعه مواد مهار کننده شعله موثر و سازگار با محیط زیست برای افزایش مقاومت آتش پلیمر به یک اولویت فوری تبدیل شده است.

مهار کننده های شعله در اثر مکانیسم اصلی خود راه حل موثری را ارائه می دهند: تشکیل لایه های پایدار و متراکم ذغال سنگ در هنگام گرم شدن که در برابر گرما و اکسیژن عایق می شوند.قدرت و تراکم این ذغال به طور مستقیم عملکرد مهار کننده شعله را تعیین می کندمواد مهار کننده شعله های سنتی اغلب از سمی بودن بالا و نگرانی های زیست محیطی رنج می برند، بنابراین جستجوی منابع جدید و سازگار با محیط زیست کربن یک تمرکز تحقیقاتی است.

سایکلودکسترین ها ◄ اولیگوساکاریدهای چرخه ای طبیعی تشکیل شده توسط واحدهای گلوکز که از طریق α-1 متصل هستند،پیوند های ۴ گلیکوزیدیک به دلیل ساختار مولکولی منحصر به فرد و سازگاری بیولوژیکی عالی خود به عنوان منابع کربن امیدوار کننده ای ظاهر شده اند.. حفره های داخلی هیدروفوبیک و بیرونی هیدروفیلی آنها باعث تشکیل مجتمع های ورودی می شود که خواص فیزیک شیمیایی را تغییر می دهند. علاوه بر این، سایکلودکسترین ها به طور گسترده در دسترس هستند، قابل تجدید هستند.,و غیر سمی، مطابق با روند توسعه سبز.

با این حال، سایکلودکسترین ها رفتارهای تخریب حرارتی پیچیده ای را نشان می دهند که تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارند. To fully realize their flame-retardant potential requires deep understanding of thermal degradation mechanisms and precise control of char yield and carbonization rates to match specific polymer degradation behaviorsاین مطالعه به طور سیستماتیک تجزیه حرارتی سایکلودکسترین را برای ایجاد روابط ساختار و خواص بررسی می کند، با تمرکز بر عوامل تأثیرگذار بر بهره ی زغال سنگ،در نتیجه پایه های نظری برای کاربردهای ضد شعله فراهم می شود.

داده های آماری از چندین کشور پیامدهای شدید آتش سوزی را نشان می دهد.اداره آتش نشانی گزارش می دهد که سالانه خسارت مستقیم اموال بیش از میلیاردها دلار و هزاران کشتهالگوهای مشابهی در داده های اداره ملی آتش نشانی و نجات چین نیز وجود دارد. تجزیه و تحلیل تاریخی روند کلیدی را شناسایی می کند:

• تعداد آتش سوزی ها با سطح توسعه اقتصادی ارتباط مثبت دارد
• آتش سوزی ساختمان های بلند به دلیل چالش های تخلیه، خطرات رو به افزایش را به همراه دارد
• خطاهای الکتریکی علت اصلی آتش سوزی هستند
• سوختن مواد پلیمر به طور قابل توجهی گسترش آتش را تسریع می کند

بازار جهانی ضد شعله به ارزش میلیاردها دلار رسیده است، با رشد مداوم که توسط برنامه های کاربردی در:

• ساخت و ساز (سیم، عایق بندی، مواد تزئینی)
• حمل و نقل (داخلی وسایل نقلیه، صندلی هواپیما)
• لوازم الکترونیکی (بورد های مداری، محفظه های قطعات)
• مبلمان (سطح، تشک ها)

روند بازار به نفع جایگزین های سازگار با محیط زیست برای مهار کننده های شعله های هالوژن سنتی است، با رشد خاص در:

• سیستم های مبتنی بر فسفر و نیتروژن
• فرموله های درونی
• مهار کننده های شعله در مقیاس نانو
• اصلاحات کامپوزیت پلیمر

سایکلودکسترین ها مزایای منحصر به فردی به عنوان منابع کربن دارند:

• تولید از نشاسته های تجدید پذیر
• سازگاری بیولوژیکی عالی و عدم سمی بودن
• قابلیت های غلاف گیری مولکولی
• پتانسیل اصلاح شیمیایی

چالش های اصلی عبارتند از:

• ثبات حرارتی نسبتا کم
• تولید معتدل زغال سنگ که نیاز به افزایش دارد
• مسائل مربوط به سازگاری پلیمرها

علیرغم مطالعات گسترده، تجزیه حرارتی سلولز چالش های مداوم را ارائه می دهد:

• پلیمر طبیعی پیچیده با مشکلات تصفیه
• رفتار حرارتی حساس به روش های آماده سازی و ناخالصی ها
• مسیرهای تخریب چند مرحله ای که شامل واکنش های رقابتی هستند
• مکانیسم های نامشخصی از کربن

سایکلودکسترین ها به عنوان سیستم های مدل ایده آل عمل می کنند زیرا:

• واحد های گلوکز سلولوز را به اشتراک بگذارید اما با ساختارهای مشخص
• امکان تصفیه دقیق و مشخصه سازی
• تسهیل مدل سازی محاسباتی با توجه به وزن مولکولی کمتر
• اجازه تغییر سیستماتیک برای مطالعه اثرات جایگزین

در این مطالعه از α، β، و γ- cyclodextrins از منابع تجاری، همراه با مشتقات مونو-6- دیوکسی سنتز استفاده شد.تجزیه و تحلیل ترموگراویمتری (TGA) با استفاده از Du Pont Instruments TGA 2950 تحت نیتروژن یا هوا (60 cm3/min) در 10°C/min تا 800°Cمشخصات چار شامل طیف رامان، XRD، SEM و تجزیه و تحلیل عنصر است.

منحنی های TGA نشان دادند که تخریب سه مرحله ای است:

1. زیر 100 درجه سانتیگراد: از دست دادن آب (≤10٪)
2. 250 تا 400 درجه سانتیگراد: تخریب اصلی (70 تا 80 درصد از دست دادن جرم)
3. بالاتر از ۴۰۰ درجه سانتیگراد: تخریب آهسته ی زغال سنگ

مشتق سازی به طور قابل توجهی بر پارامترهای تجزیه تاثیر گذاشت، با برخی از جایگزین ها که تولیدات کربن را 300٪ در مقایسه با سایکلودکسترین های بومی افزایش می دهند.مدل های رگرسیون و ANOVA این روابط ساختار-خصائص را کمی کردند..

مسیرهای پیشنهادی عبارتند از:

1. شکاف پیوند گلیکوزیدی
2. تخلیه آب که ساختارهای اشباع نشده / خوشمزه را تشکیل می دهد
3. واکنش های ایزومریزاسیون
4. تشکیل فرآورده های فرعی فرسنگ
5. توسعه ساختار کربن

سایکلودکسترین ها به عنوان مدل های موثر برای تجزیه حرارتی سلولز عمل می کنند در حالی که پتانسیل آنها را به عنوان منابع جدید کربن مهار کننده شعله نشان می دهند. یافته های کلیدی عبارتند از:

• الگوهای تخریب مشابه سلولز
• وابستگی قوی جایگزین کننده ثبات حرارتی و تولید زغال سنگ
• افزایش ۳۰۰% تولید زغال سنگ از طریق اصلاحات شیمیایی

مسیرهای تحقیقاتی آینده عبارتند از:

• مطالعات مکانیستیک اثرات جایگزین
• طراحی مشتقات پیشرفته سایکلودکسترین
• بهینه سازی فرمول برای سیستم های داخل
• اکتشاف کاربردهای غیر آتش