הביקוש הגובר לחומרים בטוחים יותר ובעלי קיימא יותר הציב את הלהבות תחת בדיקה אינטנסיבית.במשך עשרות שנים, halogens - במיוחד ברומונים וכלורינה - להשמיד את השוק בשל יעילותם בהפרעה של התבוסשות.עם זאת, ראיות גוברות המקשרות בין מגדלי האש הלוויניים לזיהום סביבתי מתמשך, ביוקציות, סיכונים בריאותיים אנושיים הגבירו את הסדקים והדמיון של קבוצות חומרים כימיים ידידותיות לחיזוי, מאשר לחשיפה לאוכלוסיות רעילות של מאות חומרים כימיים.

איכות הסביבה והבריאות של הלהבות המסורתיות

אבות הלהבה האמנה, במיוחד פוליברומידים של דיפנול אתנים (PBDEs), שימשו נרחב באלקטרוניקה, רהיטים, טקסטיל ובניה.למרות יכולות הדיכוי של האש שלהם, תרכובות אלה אינן קשורות כימית למגרש פולימרטיזם פולימרי.עם הזמן, הן נצמדות לסביבה, נמשכות באדמה ומים, מצטברות במחקרים חיים מקושרים יש PBDEDs, כדי למנוע גירעון אורגני כמה.

מסגרות סודיות כגון תוכנית הבחירה הבטוחה של האיחוד האירופי (Registration, Assessment, Authorisation ו Restriction of Chemicals) ותוכנית הבחירה הבטוחה של הסוכנות להגנת הסביבה של הסוכנות האמריקנית כיום מגבילה מגבלות מחמירות על פיגור מחדש של אש halogenated. יצרנים נדרשים לתקן, אך מציאת תחליף יעיל, נמוך רעיל אינו טריוויאלי של אש ידידותית, חייב להיות בעל תכונות מכניות או מקבילות יותר, ללא קריטריונים של הגנה עצמית, יש צורך, או הגנה עצמית, כדי להתאים את בני אדם שאינם מתאימים יותר, או הגנה מכנית, או הגנה מפני קריטריונים לא אופייניים, ללא קריטריונים לא אופייניים, או הגנה מפני חומרים מכניים, או הגנה עצמית, הם חייבים להיות בעלי אופי מכניים, או סימטריים, או סימטריים, ללא טיפול, או סימטריים, או קריטריונים רבים, הם חייבים להיות בעלי תכונות מכניים, ללא טיפול יעיל, ללא קריטריונים מרובים, ללא מנגנוני הגנה מכניים, ללא סימטריים, או הגנה מכניים, 000, 000, 000, כדי להתאים יותר, 000, ללא טיפול יעיל, ללא טיפול יעיל, ללא צורך לבצע פעולות הגנה לא אופייניים, 000, 000, 000, 000, 000, 000 הגנה לא ידידותיים, 000,

מרחב החיפוש הוא עצום – באופן בלתי אפשרי מיליוני תרכובות אורגניות ולא אורגניות.ניסוי מסורתי בניסויי ניסוי וטרור הוא איטי מדי ויקר מדי.זה המקום שבו כלים חישוביים באים למשחק, המאפשרים לחוקרים לתעדף את המועמדים המבטיחים ביותר לסנתתתזה ולבדיקה.

שיטות נהיגה בגילוי

כימיה משלימה כוללת חבילת טכניקות מודל של מבנה מולקולרי, אנרגטי, והתחדשות.עבור עיצוב של להבה, שלוש גישות הפכו בעלות ערך מיוחד:

כימיה קוונטית והכחשה של תורת תפקוד (DFT)

חישובים DFT מאפשרים למדענים לחזות אנרגיות של דיסוציאציה, אנרגיות ייצוב רדיקליות, ונתיבי תגובה הרלוונטיים לבעירה. על ידי הדמיה כיצד מולקולה מתפרקת מתחת לטמפרטורות גבוהות, החוקרים יכולים להעריך אם היא תשחרר רדיקלים להבה-ביטינג, ליצור כריז מגן, או ליצור רעילים על ידי חומרים.DFT הוא אינטנסיבי אך מדויק מאוד עבור מולקולות קטנות עד בינוניות רבות מסתמכות על פרופילים על פרופיל סיליקון, סיליקון-פונקרסן, ומועמדים המבוססים על חנקן.

Molecular Dynamics (MD) Simulations

MD מדמה את התנועה של אטומים לאורך זמן, מתן תובנות לנכסים חומריים כגון מוליכות תרמית, דיפוזיה גז ו היווצרות כריז ב nanoscale.עבור מעכבי להבה המשולבים ביונקים פולימרים, MD יכול לחשוף כיצד התוסף נודד אל פני השטח במהלך שריפת, כיצד הוא אינטראקציה עם רשתות פולימרים, וכיצד הוא משפיע על היווצרות של שכבת סימולציה חוצה קישור.

Machine Learning and High- Throughput Virtual Screening

מודלים של Machine Learning (ML) במיוחד אלה המשתמשים ביערות אקראיים, מכונות וקטורים תומכים, או רשתות עצביות עמוקות, הוכשרו על נתונים של סרפדים ידועים להבה לחזות את הביצועים וההכיווניות של תרכובות לא נבדקות. כאשר בשילוב עם ספריות של חומרים הזמינים באופן מסחרי או סינתטי, ML יכול כמעט למסך מאות אלפי מועמדים בתוך מספר ניסיוני של שעות.

חשוב לציין, בדיקות חישוביות יכולות גם לחזות גורל סביבתי.על ידי חישוב octanol-water Partition coefficients (log P), גורמי ריכוז ביו-ריכוז, ו biodegradation חצי-חיים, החוקרים יכולים לדחות תרכובות כי ככל הנראה יש להתעקש או ביוקמולציה.זה מסנן מראש מבטיח כי רק מועמדים ידידותיים לסביבה אמיתית להתקדם למעבדה.

אסטרטגיות עיצוב עבור בלהבת נלהבת לסביבה

המנגנונים הבסיסיים שלפיהם משחתות להבות פועלים בפולימרים נופלים לשלוש קטגוריות: quenching גז-phase רדיקלי, קידוד-phase char היווצרות, ו intumescence (מנפח וקצף כדי ליצור שכבה מבודדת). עיצובים ידידותיים לסביבה אחד או יותר של מנגנונים אלה באמצעות אלמנטים שהם רעילים פחות ובר קיימא מאשר halogens.

מערכות מבוססות Phosphorus

(הופנה מהדף Phosphorus הוא הגורם הבלתי-halogen להבה הנחקר ביותר, בהתאם למצב החמצון שלו וסביבתה הכימית, זרחן יכול לפעול גם בשלב הגז - על ידי רדיקלים מתפתלים כגון H-OH ו- OH- או בשלב המוסמך של מנגנוני ריכוז וטיהור פוליפ"מ"מ"מ"ד) שמוסיפים על פני מנגנונים חשמליים ו-"מדומים"מדומים" (Fateicphateicmates) ש"מחדשים"מדומים"מדומים"מדומים"מ-"ל-"מ-"ל-"מ-"מ-"ל-"מ-"ל-"מ-"מ-"מ-"ל-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מחדשים"מחדשים"מחדשים"מ-" (Fate"מ-"מ-"מ-"ב-"מ-"ב-"ב-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-"מ-

המונחים: Nitrogen Based Additives

מלאמין ונגזרותיה (melamine cyanurate, melamine פוליפוס) הם גלגולי להבה מבוססי חנקן קלאסי המבוססים על חנקן (retardants) הם פועלים בעיקר על ידי שחרור גזים אינרטיים (ammonia, חנקן) על decomposition, אשר מדגימה את אספקת הדלק בשלב הגזים באופן קבוע, מודל Computational סייעה אופטימיזציה של חנקן עם חנקן עם חנקן, לדוגמה, לדוגמה, כי לעתים קרובות יכול להיות מפגין חומר נפץ רדיקלי כדי לשחרר את חומר נפץ ספציפי.

« הלהבה מבוססת הסיליקון

תרכובות הסיליקון – כולל סיליקון, סיליקה, ו-Sillesesquioxanes - צוברות תשומת לב להרעלת נמוך שלהם ויכולת ליצור שכבת סיליקון חזקה (Slica) char שכבה על פני השטח הפולימרים. סימולציות MD שימשו כדי ללמוד כיצד תרכובות מותאמות ל-Diafilafilafils nanoparticles נודדות אל פני השטח במהלך הבעירה, יצירת מחסום המקטין את העברת החום ואת הטבול.

מועמדים המבוססים על הביולוגיה והחדשה

מגמה גוברת היא השימוש במולקולות טבעיות המתרחשות - חומצה פיזית, lignin, טננין, שינטוסאן - כמו פיגומים להבות retardants. biopolymers אלה מכילים ריכוזים גבוהים של זרחן או חנקן והם טעונים ביו-דמרודנטיים של כימיה צלולה יכול לחזות כיצד שינויים כימיים (למשל, חיתולציה של קבוצות דלקתיות ירוקות) אשר משמשות מחדש של דיכאון אלקטרוניות-מדומים יותר, אשר מסייעות-מדומים-מחדשה מחדש של דיכאון, אשר מסייעות-מחדשהריד-מחדשהריד-מחדשהריד-מחדשהריד- ⁇ מחדש של קרינת אלקטרו-מחדשהריד (Dird-מחדשהריד-מחדשהרידציה ירוקה, כדי לשפר לאחרונה, כדי לשפר את ההשפעות של תכונות אלקטרו-מחדשהרידציה מחדש של תכונות אלקטרו-מחדשהרידציה של טמפרטורות אלקטרו-מחדשהרידציה ירוקה-מחדשהרידציה מחדש של תכונות אלקטרו-סגולהרידציה של תכונות אלקטרו-מחדשהרידציה מחדש של טמפרטורות קרינת אלקטרו-סגולהרידציה מחדש של קרינת אלקטרו-סגולות-סגולות-סגולהרידוזפני

מחקרים: החל מהשתתפות ליישומים

מקרה 1: גבוה דרך חישוב סקר עבור פוליפרופילן

Polypropylene (PP) משמש נרחב רכיבי רכב, אריזה וטקסטיל אבל הוא מאוד flammable. חוקרים באוניברסיטת בולוניה שילב סקר וירטואלי עם DFT כדי להעריך ספריית של 10,000 תרכובות המכיל זרחן זמין מסחרית, לאחר סינון עבור רעילות ו eco-persistence, הם צרו את הרשימה ל 50 מועמדים.

מקרה 2: Machine Learning צופה בלהבה פיגור ב-Efoxy Resins

Eoxy resinsins משמשים אלקטרוניקה ו רצועות רוח, שבו בטיחות אש היא קריטית. צוות באוניברסיטת טקסס פיתח מודל למידה מכונה מאומן על תחילת נתונים של 1,200 להבים להבות retardant-epoxy שילובים.מודל צופה הגבלת אינדקס חמצן (LOI) ועלייה ברמת שחרור חום עם דיוק גבוה. כאשר המודל שימש למסך 5,000 hypothetical phosphorsphorusphors-in-genic תרכובת זה מזוהההההההההההההההההההההההההההההמת תרכובת של תרכובת של 34% של תרכובת של 30% הגרסאות של geniclyxiclyxic.

מקרה 3: צ'ר לשעבר מבוסס ביולוגי עבור טקסטיל

כותנה וטקסטיל מבוסס תאוז קשה לטפל עם מעכבי להבה קונבנציונליים ללא הדבקה של תחושה יד. מאמץ משותף בין מעבדות פדרליות שוויצריות למדע וטכנולוגיה (Empa) ואוניברסיטת באזל השתמש בעיצוב חישובי כדי לשנות חומצה פילוטית (הארכה אורז) לתוך מחץ מים, לא מוביל להבה.

שילוב עם אימות ניסיוני והערכה מחזור חיים

עיצוב Computational אינו תחליף לניסויים אלא מסנן רב עוצמה ומדריך.זרימות העבודה המצליחות ביותר משלבות בדיקות וירטואליות עם אימות ניסיוני מהיר (למשל, ניתוח תרמוגרמטרי, cone calorimetry, UL-94 בדיקות שריפת אנכיות), מחזורי ייצור אנכיים (כולל תוצאות ניסיוניות חזרה למודלי MLCA או DFT פרמטרים - אופטימיזציה ל-eicial Reoficial Reoficial Reof) של חומרים מתקדמים, כולל תהליכי ייצור (תהליך ייצור) של חומר קריטי, כולל אפקט קריטי, כולל ביצועים, כולל ביצועים, כולל אפקט קריטי (Ricial Resurreecting) של LLCDCA) הוא גם כן, כולל ביצועים, כולל ביצועים, כולל ביצועים מתקדמים, כולל, כולל ביצועים מתקדמים, כולל ביצועים, כולל, כולל ביצועים, כולל אפקט קריטי, כולל ביצועים, כולל ביצועים מתקדמים, טיפול תרופתי, כולל, כולל, כולל, כולל, טיפול תרופתי, כולל ביצועים מתקדמים, כולל, כולל טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, כולל, כולל, כולל ביצועים מתקדמים, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, כולל, כולל, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, טיפול באפקטים, טיפול תרופתי, כולל, כולל, טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, כולל, כולל

מחקר שפורסם ב-Scientology ReportsFLT:1 הציג מסגרת חישובית-experimental-LCA משולבת עבור מעכבי להבה המבוססים על זרחן בפוליקרבונט.הגישה זיהתה אסטר phosphonate המשולב שצמצם את קצב שחרור החום שיא על ידי 55%, בעוד שיש לו פוטנציאל התחממות גלובלי נמוך יותר הן בסיס halogenated וכמה phosphorsphors אחרים, נחשבו כמשמעו, נחשבו כמשמעו, חומרים אלה, נחשבו כמשמעו, כגון ביצועים משולבים, נחשבו כמשמעו, נחשבו כמשמעו, חומרים מתקדמים, כגון, כגון, חומרים, כגון, חומרים מתקדמים, 000, כולל ביצועים, כולל ביצועים, כולל ביצועים.

פרספקטיבה עתידית

תחום העיצוב של הלהבה חישובית מתקדם במהירות, מונע על ידי שיפורים בכוח מחשוב, יעילות אלגוריתמית וזמינות נתונים. מגמות מספריות יעצבו את העשור הבא:

  • (FLT:0) מנועים סינתטיים של ראלי:1 , רטרוסינתזה (למשל, אלה המשתמשים ב-AI) יכולים להציע כעת מסלולים סינתטיים עבור מועמדים וירטואליים, לדגל תרכובות יקרות מדי או קשה לעשות.זה מגשר הפער בין להיטים וירטואליים לבין כימיקלים אמיתיים בעולם.
  • (FLT:0) אופטימיזציה של Multi-objective.OVAFLT:1 , מודלים עתידיים ML ייעלו במקביל עבור פיגור להבה, תכונות מכניות, תהלוכות, רעילות, עלות ו biodegradability.
  • (FLT:0) תאומים של תרחישים אש.FIRLT:1 , סימולציות ברמת מולקולרית עם דינמיקות נוזלי חישובי (CFD) יכול ליצור תאומים דיגיטליים של חומרי אש.זה מאפשר בדיקות אש וירטואליות של מרכיב פולימרים בקנה מידה גדול (למשל, מושב מטוסים) לאמת את הביצועים של מועמד פיגור מחדש לפני ההסתברות פיזית.
  • (FLT:0) מסדי נתונים קוד פתוח.FLT:1hil הקהילה בונה מסדי נתונים משותפים של תכונות להבהות פיגור, תוצאות ניסיוניות, ו Descriptors מולקולריים. Initiatives כגון FLT:2Flame Retarde Polymerant Polymerigtardant Polymerigtardant Polymerigtardant Polymerigrple 3 (FLT 3) ידלק מודלים מדויקים יותר של ML ודמוקרטיזציה גישה לקבוצות מחקר קטנות ו-D.
  • (FLT:0) היערכות רגולטורית.FLT:1 כפי שתחזיות חישוביות מקבלות קבלה רגולטורית (למשל, באמצעות הנחיות ה-OECD עבור דגמי QSAR), הן עשויות להפחית את הצורך בבדיקות נרחבות בבעלי חיים ואישורים אקספדטיים עבור חדש של סרפדים ידידותיים לסביבה.

שיתוף פעולה יישאר חיוני.צ'מיסטים חייבים לעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם מדענים חישוביים כדי להבטיח כי מודלים משקפים כימיה אמיתית בעולם וכי סדרי עדיפויות סינתטיים תואמים. רעילים סביבתיים צריכים להיות מעורבים מההתחלה כדי לאמת תחזיות של biodegradation ו ecotoxicity. ושותפים בתעשייה יכולים לספק מגבלות עיבוד אמיתיות (למשל, מגבלות טמפרטורה במהלך extrusion) כי על פעולות חישוביות לשלב.

מסקנה

העיצוב החישובי של פיגור להבה ידידותית לסביבה מייצג שינוי פרדיגמטי במדעי החומרים.על ידי מינוף כימיה קוונטית, דינמיקות מולקולרית ולמידה מכונה, החוקרים יכולים לנווט את הנוף הכימי העצום ביעילות, זיהוי תרכובות יעילות, לא רעילות, ו שפירסם סביבתית, הם רק מגבירים את הדוגמאות של מערכות מחשוב מבוססות זרחן, חנקן מודעות סינרגמטית, הן רק כדי לעורר פתרונות סיליקון-מדומים אמיתיים, אך ורק כדי לא ימחוגנים-מדומים-מדומים-מדומים-מדומים-מחדשניים-מחדשים-מחדשניים-מחדשניים-מחדשים-מחדשים-ל-מחדשים-מחדשניים-מחדשים-מחדשניים-מחדשים-ל-ל-לטיביים-ל-ל-מחדשניים-מחדשים-לספקים-מחדש-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשים-מחדשניים-מחדשניים-מחדש-מחדשים-מחדשניים-לספקים-מחדשניים-מחדש-מחדש-מחדשניים-מחדש-מחדש-לספקים-מחדש-ל