پلیمرهای ضد آتش

پلیمرهای مقاوم در برابر آتش(پلیمرهای ضد آتش)

پلیمرهای مقاوم در برابر آتش به دسته‌ای از بسپارها گفته می‌شود که زمانی که در معرض حرارت بسیار بالا قرار بگیرند به راحتی تجزیه نخواهند شد. برای ساخت سازه های مختلفی به این دسته از پلیمرها نیاز است همانند فضاهای بسته و کوچکی که از آن جمله می‌توان ساختمانهای بسیار بلند، قایق‌ها و کابین هواپیما را در نظر گرفت. در صورتی که این فضاهای تنگ و کوچک آتش گرفته شوند نیاز به فرار از آنها بسیار بالا خواهد بود و به همین دلیل استفاده از این پلیمرها می تواند بسیار کاربردی باشد. در حقیقت تعدادی از مطالعات موجود گزارش می دهند که حدود ۲۰ درصد از قربانی های سقوط های هواپیمایی به دلیل خود سقوط فوت نکردند و علت اصلی فوت آنها حرارت ناشی از حریق بوده است. پلیمرهای ضد آتش مصارفی به ‌عنوان چسب در حوزه هوافضا، عایق برای مواد الکترونیکی و یا حتی مصارفی در حوزه ارتشی نیز دارند همانند چادرهای برزنتی. تعدادی از پلیمرهای مقاوم در برابر آتش به طور ذاتی از خاصیت مقاومت در برابر تجزیه برخوردار است و این در حالی است که سایر موارد با انواعی از مواد افزودنی و فیلترهای ضد آتش ترکیب می‌شوند و تحقیقات اخیر که در خصوص پلیمرهای ضد آتش صورت گرفته است بیشتر بر ایجاد تغییر در خواص این پلیمرها متمرکز می باشد همانند سادگی در آتش گیری، میزان گرمای آزاد شده و همچنین میزان انتشار گازهای سمی و دود. روش های استاندارد برای آزمایش میزان اشتعال پذیری این پلیمرها در کشورهای مختلف متفاوت است و به عنوان مثال در آمریکا آزمون های معمولی که در این خصوص انجام می گیرند با نام آزمون های کوچک اشتعال پذیری UL94 و سایر موارد شناخته می شود. همچنان تلاش می شود تا دسته ای از پلیمرهای ضد آتش با خواص مطلوب تری در دانشگاه ماساچوست امهرست و سازمان هوایی فدرال انجام گیرد که در آن برنامه های تحقیقاتی طولانی مدتی برای توسعه پلیمرهای ضد آتش در سال ۱۹۹۵ در جریان بوده است.

تاریخچه پلیمرهای مقاوم در برابر آتش

کنترل میزان اشتعال پذیری مواد مختلف از ۴۵۰ سال قبل از تولد مسیح همچنان مورد توجه بسیار زیادی بوده است و این زمانی بود که مصری ها تلاش کردند تا اشتعال پذیری چوب را با قرار دادن آن در پتاسیم آلومینیوم سولفات (آلوم) کاهش دهند. از ۴۵۰ سال پیش از میلاد مسیح تا اوایل قرن بیستم از مواد مختلف به منظور کاهش اشتعال پذیری مواد مختلف استفاده شد همانند ترکیبی از آلومینیوم و سرکه، خاک رس، سولفات کلسیم، آلوم، سولفات اهن، سولفات کلسیم، آمونیوم کلراید، آمونیوم فسفات بوراکس و انواعی از اسید ها. تلاش های اولیه که به منظور کاهش میزان اشتعال پذیری مواد چوبی انجام شده باعث پیشرفت های زیادی در تولید انواع محصولات در حوزه ارتشی، صحنه‌های تئاتر و سایر پارچه‌ها شد ولی می‌توان عنوان کرد که مهمترین گام هایی که در این زمینه برداشته شد شامل اختراعی برای تولید ترکیبی به منظور کنترل اشتعال پذیری بود که در سال ۱۷۳۵ توسط Obadiah Wyld انجام گرفت و اولین کشف علمی برای کنترل اشتعال پذیری نیز توسط Joseph Louis Gay-Lussac در سال ۱۸۲۱ انجام گرفت.

- توسعه از زمان جنگ جهانی دوم: تحقیقات انجام گرفته بر روی پلیمرهای مقاوم در برابر آتش باعث شده تا نیاز برای نوع جدیدی از پلیمرهای ترکیبی در جنگ جهانی دوم مشخص شود و ترکیب پارافین های هالوژن شده و اکسید آنتیموان باعث شده تا نوعی ماده مقاوم در برابر اتش برای چادرهای برزنتی ایجاد شود. سنتز دسته‌ای از پلیمرها همانند پلی استرها با مونومرهای ضد آتش در همین دوره توسعه داده شد. ترکیب مواد افزودنی مقاوم در برابر آتش با این دسته از پلیمرها نیز به روش ساده و ارزان به منظور کاهش اشتعال پذیری پلیمرها تبدیل شد و این در حالی است که سنتز پلیمرهای ضد آتش به عنوان یک روش جایگزین گران‌تر به شمار می‌آمد اما به طور کلی باید این مورد را در نظر گرفت که خواص پلیمرهای یادشده به گونه‌ای است که خیلی بهتر میتوند احتراق را کنترل نماید.

اشتعال پلیمری

• طرح کلی: پلیمرهای سنتی با قرارگیری در معرض گرما تجزیه شده و انواعی از محصولات احتراق پذیر را تولید می‌کنند و این در حالی است که آنها می‌توانند به راحتی منشایی برای انتشار آتش نیز باشند. فرایند احتراق زمانی آغاز می شود که حرارت دهی به ماده پلیمری باعث شود درصدی از مواد ناپایدار تولید شوند و در صورتی که این محصولات از غلظت کافی در محدوده طیف اشتعال پذیری برخوردار باشند و علاوه بر آن دمای موجود بالاتر از دمای احتراق باشد بنابراین روند احتراق همچنان ادامه پیدا خواهد کرد. میزان حرارت اعمال شده به ماده پلیمری به اندازه‌ای بالاست که می‌توان تجزیه گرمایی را به مقداری بسیار بالاتر از محدوده‌ای نگه داشت که برای حفظ آتش مورد نیاز است و در نهایت این احتراق همچنان ادامه پیدا خواهد کرد.
• هدف و روش های سیستم های مقاوم در برابر آتش: هدف در این قسمت کنترل گرما و دما به مقدار پایین تر از سطح بحرانی می‌باشد و به منظور دستیابی به این هدف می‌توان یک محیط اندومتریک را به وجود آورد و از محصولات اشتعال ناپذیر استفاده کرد و یا مواد شیمیایی را به ترکیب موجود افزود که می‌توانند رادیکال‌های منتشر کننده آتش را کاملاً از بین ببرند همانند H و OH. مواد شیمیایی ویژه را می توان به صورت دائمی به مولکولهای ماده پلیمری افزود و آنها را به عنوان مواد افزودنی و فیلر به کار برد.
• نقش اکسیژن: اکسیژن باعث تسریع روند تجزیه حرارتی ماده پلیمری در غلظت کم می‌شود و اکسایش آن را با غلظت بالا آغاز می‌کند. پلیمرها از نظر ساختاری نوعی وابستگی به اکسیژن دارند و تعدادی از این ساختارها نیز به طور ذاتی حساسیت بیشتری در برابر تجزیه داشته و این در حالی است که با اکسیژن واکنش داده اند. میزان دسترسی اکسیژن به سطح ماده پلیمری نیز نقش بسیار مهمی در احتراق پلیمر ایفا می کند. در‌واقع قبل از اینکه آتش شعله ور شود اکسیژن خیلی بهتر می تواند با ماده پلیمری برهمکنشی را ایجاد نماید.
• نقش درجه حرارت: نتایج حاصل از قرارگیری ماده در برابر درجه حرارت معمولی (همانند ۱۰ درجه سانتیگراد در دقیقه) برای مطالعاتی که در خصوص تجزیه گرمایی مکانیکی انجام گرفته است تفاوت چندانی با نتایج حاصل از قرارگیری ماده در برابر دمای بالاتر ندارد. گستردگی واکنش نیز می‌تواند از میزان حرارت اعمال شده اثر پذیرد به عنوان مثال تعدادی از واکنش ها ممکن است در دمای پایین رخ دهند و این موضوعی است که ناشی از تبخیر محصول می باشد.