Focul a fost întotdeauna una dintre cele mai grave amenințări la adresa societății umane. Pe măsură ce clădirile, sistemele de transport, textilele, produsele electrice și materialele polimerice au devenit din ce în ce mai răspândite, cererea pentru performanțe îmbunătățite la foc a continuat să crească.
Este important să distingem materialele-ignifuge de materialele complet in-incombustibile. Scopul tehnologiei-ignifuge este de a reduce probabilitatea de aprindere, de a încetini răspândirea flăcărilor, de a limita degajarea de căldură și de a oferi mai mult timp pentru evacuare și stingerea incendiilor.
De la straturile protectoare de argilă utilizate în clădirile antice până la sisteme intumescente moderne, nanocompozite și tehnologii cu{0}}fum redus, cu toxicitate redusă-, dezvoltarea materialelor rezistente la foc-a fost un proces lung de explorare continuă.
1. Materiale antifoc chinezești antice și protecția clădirilor
China a început să exploreze metode de protecție împotriva incendiilor într-un stadiu foarte incipient.
La situl arheologic Dadiwan din Qin'an, provincia Gansu, care datează de aproximativ 5.000 până la 8.000 de ani, vechii constructori au plasat straturi de pământ în jurul coloanelor de lemn din clădirile publice mari și au aplicat materiale de protecție pe suprafața structurilor din lemn. Aceste practici pot fi considerate forme timpurii de protecție arhitecturală împotriva incendiilor.
În perioada de primăvară și toamnă, oamenii au recunoscut deja că îndepărtarea structurilor mai mici, acoperirea clădirilor mai mari și crearea de zone de separare ar putea ajuta la încetinirea răspândirii incendiului.
În timpul perioadelor de primăvară și toamnă și a statelor în război, filozoful chinez Mozi a propus o serie de măsuri de prevenire și stingere a incendiilor. Acestea au inclus acoperirea porților și clădirilor orașului cu noroi, fabricarea apei-care transportă unelte din pânză de cânepă, utilizarea recipientelor din piele pentru a reține apa și instalarea de instalații de stocare a apei pe turnurile de apărare.
Aceste măsuri au reflectat o abordare integrată timpurie care a combinat tratamentul suprafețelor rezistente la foc-, designul clădirii și echipamentele de stingere a incendiilor.
În timpul dinastiei Yuan, savantul agricol Wang Zhen a oferit în lucrarea sa o discuție relativ sistematică despre protecția împotriva incendiilor.Nong Shu, sauCartea Agriculturii. El a scris:
Focul crește când întâlnește lemnul, este stins de apă și se termină când ajunge pe pământ.
Wang Zhen a documentat, de asemenea, un material rezistent la foc-confectionat din ingrediente precum cărămidă zdrobită, argilă, ulei de tung, pudră de cărbune și var, amestecate cu pastă de orez lipicioasă. Materialul a furnizat acoperire a suprafeței, izolație termică și protecție și poate fi privit ca o acoperire de protecție la foc compozită din China timpurie-.
Deși aceste practici istorice nu constituiau încă un sistem chimic modern-ignifug, ele au demonstrat deja câteva principii importante: izolarea materialelor combustibile de aer, reducerea transferului de căldură, acoperirea substraturilor inflamabile și prevenirea expunerii directe la flăcări.
2. Explorarea timpurie a Vestului a tratamentului ignifug-
Înregistrările privind tratamentul-ignifug în Occident pot fi, de asemenea, urmărite din cele mai vechi timpuri.
Conform relatărilor istorice din Grecia antică, lemnul a fost tratat cu soluții pe bază de alaun-în jurul anului 450 î.Hr. pentru a-și reduce inflamabilitatea. Mai târziu, romanii au îmbunătățit procesul prin adăugarea de substanțe precum oțetul la soluția de tratament, ajutând la creșterea durabilității și eficacității acestuia.
Până în secolul I î.Hr., metodele-ignifuge fuseseră deja aplicate în apărarea militară. Soluțiile pe bază de alaun-au fost folosite pentru tratarea fortificațiilor din lemn, în timp ce acoperiri realizate din lut și materiale armate-fibră au fost aplicate pentru a proteja echipamentele de asediu din lemn împotriva incendiului.
În 1638, scenograful și arhitectul italian Nicola Sabbatini a propus adăugarea de lut și gips la acoperirile utilizate pe perdele de teatru pentru a reduce riscul de incendiu. Această aplicație arată cum pericolele de incendiu din clădirile publice au contribuit la dezvoltarea timpurie a tehnologiilor ignifuge-.
În 1735, a fost eliberat un brevet britanic pentru tratarea lemnului și a textilelor folosind alaun, borax și sulfat feros. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, compuși precum sulfatul de amoniu erau, de asemenea, investigați ca componente ale formulărilor ignifuge-.
3. Formarea științei moderne-ignifuge
Secolul al XIX-lea a marcat o tranziție importantă de la practicile de ignifugare bazate pe experiență{0}}la cercetarea științifică.
În 1821, chimistul francez JL Gay-Lussac a fost însărcinat să investigheze metode de reducere a inflamabilității draperiilor de teatru. El a descoperit că sărurile de amoniu ale acizilor sulfuric, clorhidric și fosforic ar putea îmbunătăți rezistența la flacără a cânepei și a inului.
De asemenea, el a observat că combinațiile de clorură de amoniu, acid fosforic și borax ar putea îmbunătăți și mai mult performanța ignifug{0}}.
Această lucrare este considerată pe scară largă ca un punct de plecare important în studiul științific al fibrelor-ignifuge și al formulărilor. Principiul său de bază-utilizarea compușilor care conțin fosfor- și azot-pentru a promova deshidratarea și formarea carbonului-rămâne relevant pentru tehnologia-ignifugă în prezent.
În jurul anului 1859, compuși, inclusiv fosfat de amoniu, clorură de amoniu, borax, sulfat de amoniu și săruri de stanat, au fost aplicați în continuare pentru tratamentul ignifug-textilului.
Prin impregnare, acoperire și formarea de straturi de protecție anorganice pe suprafețele fibrelor, comportamentul la combustie al țesăturilor ar putea fi îmbunătățit.
În această perioadă, cercetările-ignifuge au trecut treptat de la utilizarea substanțelor individuale la formulări compozite, reacții chimice și tehnologii de tratare-de suprafață.
4. Dezvoltarea industrială în secolul XX
Odată cu creșterea rapidă a materialelor plastice, cauciucului sintetic și fibrelor sintetice în secolul al XX-lea, tehnologia ignifugă{0}}a devenit o parte din ce în ce mai importantă a industriei materialelor.
Multe materiale polimerice sunt ușor de aprins, ard rapid și eliberează cantități mari de căldură. Ca urmare, îmbunătățirea performanței lor la foc a devenit o provocare tehnică majoră.
La începutul secolului XX, cauciucul clorurat a intrat în etapa de cercetare și industrializare. În jurul anului 1913, sărurile de stanat și sărurile de amoniu erau folosite pentru tratamentul textil-ignifug.
În anii 1930, sistemele sinergice bazate pe parafină clorurată și oxid de antimoniu au început să fie utilizate în materialele ignifuge-. Compușii halogenați au ajutat la inhibarea-reacțiilor radicalilor liberi din flacără, în timp ce oxidul de antimoniu le-a sporit eficacitatea.
Aceste sisteme au fost utilizate pe scară largă timp de mulți ani în materiale plastice, cauciuc, acoperiri și textile.
În aceeași perioadă, au început să apară învelișuri de protecție împotriva incendiului-anorganice pe bază de lianți de sticlă de apă și materiale de umplutură minerale. Ulterior, cercetătorii au dezvoltat acoperiri care s-au extins și au format un strat protector de carbon sub căldură, punând bazele acoperirilor moderne de protecție împotriva focului-intumescente.
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, cererea de corturi militare și materiale de pânză cu rezistență atât la flacără, cât și la apă a accelerat și mai mult dezvoltarea sistemelor de acoperire-ignifuge bazate pe parafină clorurată, oxid de antimoniu și lianți.
5. Dezvoltarea sistemelor ignifuge-intumescente
La sfârșitul anilor 1940, cercetătorii au început să folosească termenul „intumescence” pentru a descrie expansiunea și spumarea care apar atunci când anumiți polimeri-ignifugă sunt expuși la căldură sau foc.
Între aproximativ 1948 și 1950, structura de bază a sistemelor ignifuge-intumescente a devenit mai clară, ducând la conceptele de sursă de acid, sursă de carbon și sursă de suflare.
· Celsursă acidăfavorizează deshidratarea și carbonizarea.
· Celsursa de carbonformează cadrul stratului protector de carbon.
· Celsursa de suflareeliberează gaze care extind carbonul într-o structură poroasă.
Când materialul este expus la flacără sau la temperaturi ridicate, stratul intumescent acoperă substratul și limitează transferul de căldură, oxigen și produși de descompunere combustibili. Acest lucru încetinește încălzirea și arderea materialului de dedesubt.
În anii 1970, cercetătorii au demonstrat în continuare că formarea unui strat stabil de carbon în timpul arderii polimerului ar putea îmbunătăți semnificativ performanța ignifugă-.
Prin urmare, efectul protector al carbonului a devenit o parte importantă a teoriei-fază condensată de ignifugare-.
În 1989, G. Camino și alți cercetători au publicat studii sistematice ale sistemelor ignifuge-intumescente, ajutând la progresul atât în înțelegerea lor teoretică, cât și în aplicarea practică.
6. Trecerea către sisteme compozite de-înaltă performanță
După anii 1950, au început să apară monomeri reactivi-ignifuganți și rășini-ignifuge.
Spre deosebire de aditivi retardanții de flacără, retardanții de flacără reactivi pot fi încorporați chimic în structura moleculară a unui polimer. Acest lucru poate îmbunătăți durabilitatea și poate reduce migrarea sau pierderea componentelor-ignifuge în timpul utilizării.
Începând cu anii 1960, diverși agenți ignifugări aromatici halogenați au intrat în uz comercial, iar materialele ignifuge-au trecut treptat în producția industrială la scară largă-.
În anii 1980, dezvoltarea materialelor nanocompozite a deschis o nouă direcție pentru cercetarea-ignifuge.
Unele nanomateriale pot îmbunătăți stabilitatea termică, pot promova formarea de straturi de protecție și pot reduce ratele de-eliberare de căldură și de pierdere-de masă la niveluri de încărcare relativ scăzute.
Materialele moderne-ignifuge, în general, nu se mai bazează pe un singur aditiv. În schimb, ele combină mai multe mecanisme, inclusiv:
· inhibarea reacțiilor în lanț de ardere în faza gazoasă;
· promovarea formării carbonului în faza condensată;
· reducerea transferului de căldură prin straturi izolante;
· limitarea deplasarii oxigenului si gazelor combustibile cu bariere anorganice;
· reducerea fumului prin sisteme-de suprimare a fumului;
· îmbunătățirea structurii carbonului și a stabilității termice cu nanomateriale.
7. Reglementările și standardele conduc la îmbunătățirea siguranței la incendiu
În a doua jumătate a secolului al XX-lea, materialele plastice, cauciucul sintetic și fibrele sintetice au devenit utilizate pe scară largă în clădiri, transport, mobilier, produse electrice și bunuri de larg consum.
În același timp, riscurile de incendiu asociate materialelor polimerice au primit o atenție din ce în ce mai mare.
Începând cu anii 1960, Statele Unite, Europa și alte regiuni au introdus treptat cerințele industriei, standardele de produs și reglementările de siguranță referitoare la inflamabilitatea materialelor.
Prin urmare, îmbunătățirea rezistenței la flacără a evoluat dintr-o acțiune voluntară a producătorilor într-o cerință obligatorie de acces pe piață-pentru anumite produse.
Astăzi, cerințele de-ignifugare și de rezistență la foc-se aplică unei game largi de industrii, inclusiv:
· materiale de constructii si constructii;
· textile;
· mobilier si saltele;
· automobile și transportul feroviar;
· aerospațial;
· fire și cabluri;
· echipamente electrice și electronice;
· noi{0}}sisteme de baterii energetice.
Aplicațiile diferite necesită niveluri și tipuri diferite de performanță la foc.
Pe lângă rezistența la aprindere, poate fi necesar să se evalueze materialele pentru răspândirea flăcării, degajarea de căldură, producerea de fum, toxicitate, picături de flăcări, integritatea circuitului, rezistența la foc și durabilitatea-pe termen lung.
8. Valoarea practică a materialelor-ignifuge
Scopul tehnologiei-ignifuge nu este de a garanta că un material nu va arde niciodată în nicio condiție.
Valoarea sa constă în controlul comportamentului combustiei și reducerea probabilității ca un incendiu să declanșeze, să se răspândească sau să devină mai grav.
Un design eficient-ignifug poate întârzia aprinderea și răspândirea flăcării, poate reduce rata-de eliberare a căldurii, poate limita pierderile de material și poate oferi mai mult timp pentru evacuare, stingere incendiu și protecția proprietății.
Pe măsură ce cerințele de-siguranță la foc continuă să se dezvolte, tehnologiile moderne-ignifuge pun un accent mai mare pe echilibrarea performanței la foc cu eliminarea fumului, toxicitate scăzută, compatibilitate cu mediul, durabilitate și proprietăți mecanice.
Prin urmare, performanța-ignifugului trebuie verificată prin teste standardizate, mai degrabă decât judecată numai după numele materialului, compoziția chimică sau declarația furnizorului.
