Vatra je oduvijek bila jedna od najozbiljnijih prijetnji ljudskom društvu. Kako su zgrade, transportni sustavi, tekstil, električni proizvodi i polimerni materijali postali sve rašireniji, potražnja za poboljšanom vatrootpornošću nastavila je rasti.
Važno je razlikovati-materijale koji usporavaju plamen od potpuno nezapaljivih materijala. Svrha plameno{3}}tehnologije je smanjiti vjerojatnost paljenja, usporiti širenje plamena, ograničiti oslobađanje topline i osigurati više vremena za evakuaciju i gašenje požara.
Od glinenih zaštitnih slojeva korištenih u starim zgradama do modernih intumescentnih sustava, nanokompozita i tehnologija niske-dimnosti, niske-toksičnosti, razvoj materijala otpornih-na vatru bio je dug proces neprekidnog istraživanja.
1. Drevni kineski vatrootporni materijali i zaštita zgrada
Kina je počela istraživati metode zaštite od požara u vrlo ranoj fazi.
Na arheološkom nalazištu Dadiwan u Qin'anu, pokrajina Gansu, starom otprilike 5000 do 8000 godina, drevni su graditelji postavljali slojeve zemlje oko drvenih stupova u velikim javnim zgradama i nanosili zaštitne cementne materijale na površinu drvenih konstrukcija. Ove se prakse mogu smatrati ranim oblicima arhitektonske zaštite od požara.
Tijekom proljetnog i jesenskog razdoblja ljudi su već prepoznali da bi uklanjanje manjih građevina, oblaganje većih zgrada i stvaranje zona razdvajanja moglo pomoći u usporavanju širenja požara.
Tijekom proljeća i jeseni i razdoblja zaraćenih država, kineski filozof Mozi predložio je niz mjera za sprječavanje i gašenje požara. To je uključivalo premazivanje gradskih vrata i zgrada blatom, izradu alata-za nošenje vode od tkanine od konoplje, korištenje kožnih posuda za držanje vode i postavljanje objekata za skladištenje vode na obrambenim kulama.
Ove mjere odražavale su rani integrirani pristup koji je kombinirao površinsku-otpornu obradu, dizajn zgrade i opremu za gašenje požara.
Do dinastije Yuan, poljoprivredni znanstvenik Wang Zhen je u svom radu pružio relativno sustavnu raspravu o zaštiti od požara u zgradamaNong Shu, iliKnjiga o poljoprivredi. Napisao je:
Vatra raste kad se susretne s drvetom, gasi je voda, a prestaje kad stigne do zemlje.
Wang Zhen je također dokumentirao vatro{0}}materijal napravljen od sastojaka kao što su zdrobljena cigla, glina, tungovo ulje, prah drvenog ugljena i vapno, pomiješani s ljepljivom rižinom pastom. Materijal je pružao površinsku pokrivenost, toplinsku izolaciju i zaštitu te se može smatrati ranim kineskim kompozitnim-zaštitnim premazom od požara.
Iako ove povijesne prakse još uvijek nisu predstavljale moderni kemijski-sustav usporavanja plamena, već su pokazale nekoliko važnih principa: izolaciju zapaljivih materijala od zraka, smanjenje prijenosa topline, pokrivanje zapaljivih podloga i sprječavanje izravnog izlaganja plamenu.
2. Rano zapadno istraživanje obrade-supljivača plamena
Zapisi o-tretmanu za usporavanje plamena na Zapadu također se mogu pratiti do davnih vremena.
Prema povijesnim izvještajima iz antičke Grčke, drvo je tretirano otopinama na bazi -stipse oko 450. godine prije Krista kako bi se smanjila njegova zapaljivost. Rimljani su kasnije poboljšali proces dodavanjem tvari kao što je ocat u otopinu za liječenje, što je pomoglo da se poveća njena trajnost i učinkovitost.
Do prvog stoljeća prije Krista, metode za{0}}usporavanje plamena već su primjenjivane u vojnoj obrani. Otopine na bazi-aluma navodno su korištene za obradu drvenih utvrda, dok su premazi od gline i materijala-pojačanih vlaknima primijenjeni za zaštitu drvene opreme za opsadu od požara.
Godine 1638. talijanski scenograf i arhitekt Nicola Sabbatini predložio je dodavanje gline i gipsa premazima koji se koriste na kazališnim zastorima kako bi se smanjio rizik od požara. Ova aplikacija pokazuje kako su opasnosti od požara u javnim zgradama pomogle u ranom razvoju tehnologija otpornih-na plamen.
Godine 1735. izdan je britanski patent za obradu drva i tekstila pomoću stipse, boraksa i željeznog sulfata. Do kasnog osamnaestog stoljeća, spojevi poput amonijevog sulfata također su se ispitivali kao komponente formulacija otpornih na plamen-.
3. Formiranje moderne znanosti o-usporivaču plamena
Devetnaesto stoljeće obilježilo je važan prijelaz s prakse vatrootpornosti-temeljene na iskustvu na znanstvena istraživanja.
Godine 1821. francuski kemičar JL Gay-Lussac dobio je zadatak da istraži metode za smanjenje zapaljivosti kazališnih zastora. Otkrio je da amonijeve soli sumporne, klorovodične i fosforne kiseline mogu poboljšati otpornost konoplje i lana na plamen.
Također je primijetio da kombinacije amonijevog klorida, fosforne kiseline i boraksa mogu dodatno poboljšati-usporavanje plamena.
Ovaj se rad općenito smatra važnom polaznom točkom u znanstvenom proučavanju vlakana i formulacija-otpornih na plamen. Njegovo temeljno načelo-upotreba spojeva koji sadrže fosfor- i dušik-za poticanje dehidracije i pougljenjenja-ostaje relevantno za-tehnologiju usporavanja plamena i danas.
Oko 1859. godine spojevi uključujući amonijev fosfat, amonijev klorid, boraks, amonijev sulfat i soli stanata dodatno su primijenjeni na tekstilnu obradu -usporivača plamena.
Kroz impregnaciju, premazivanje i stvaranje anorganskih zaštitnih slojeva na površinama vlakana, može se poboljšati ponašanje tkanina pri izgaranju.
Tijekom tog razdoblja, istraživanje -usporivača plamena postupno se pomaknulo s upotrebe pojedinačnih tvari prema kompozitnim formulacijama, kemijskim reakcijama i tehnologijama-obrade površine.
4. Industrijski razvoj u dvadesetom stoljeću
S brzim rastom plastike, sintetičke gume i sintetičkih vlakana u dvadesetom stoljeću, tehnologija usporavanja plamena-postala je sve važniji dio industrije materijala.
Mnogi polimerni materijali lako se zapale, brzo gore i oslobađaju velike količine topline. Kao rezultat toga, poboljšanje njihove vatrogasne učinkovitosti postalo je veliki tehnički izazov.
Početkom dvadesetog stoljeća klorirana guma je ušla u fazu istraživanja i industrijalizacije. Otprilike do 1913. soli stanata i amonijeve soli počele su se koristiti za obradu tekstila usporivačima plamena.
U 1930-ima, sinergistički sustavi koji se temelje na kloriranom parafinu i antimonovom oksidu počeli su se koristiti u -materijalima otpornim na plamen. Halogenirani spojevi pomogli su inhibirati reakcije slobodnih-radikala u plamenu, dok je antimonov oksid povećao njihovu učinkovitost.
Ovi su sustavi naširoko korišteni dugi niz godina u plastici, gumi, premazima i tekstilu.
U istom razdoblju počeli su se pojavljivati anorganski vatro{0}}zaštitni premazi na bazi veziva vodenog stakla i mineralnih punila. Istraživači su kasnije razvili premaze koji su se proširili i formirali zaštitni sloj pougljenila pod utjecajem topline, postavljajući temelj za moderne intumescentne-zaštitne premaze od požara.
Tijekom Drugog svjetskog rata, potražnja za vojnim šatorima i platnenim materijalima koji su otporni na plamen i vodu dodatno je ubrzala razvoj sustava-zapaljivih premaza koji se temelje na kloriranom parafinu, antimonovom oksidu i vezivima.
5. Razvoj intumescentnih sustava za-usporavanje plamena
U kasnim 1940-ima, istraživači su počeli koristiti izraz "intumescencija" za opisivanje širenja i pjenjenja do kojih dolazi kada su određeni-polimeri otporni na plamen izloženi toplini ili vatri.
Između približno 1948. i 1950. osnovna struktura intumescentnih sustava za usporavanje- plamena postala je jasnija, što je dovelo do koncepata izvora kiseline, izvora ugljika i izvora puhanja.
· Theizvor kiselinepotiče dehidraciju i karbonizaciju.
· Theizvor ugljikačini okvir zaštitnog sloja pougljenila.
· Theizvor puhanjaoslobađa plinove koji ekspandiraju ugljen u poroznu strukturu.
Kada je materijal izložen plamenu ili visokoj temperaturi, intumescentni sloj prekriva podlogu i ograničava prijenos topline, kisika i zapaljivih proizvoda raspadanja. To usporava zagrijavanje i gorenje temeljnog materijala.
U 1970-ima, istraživači su dodatno pokazali da stvaranje stabilnog sloja pougljeništa tijekom izgaranja polimera može značajno poboljšati-usporavanje plamena.
Zaštitni učinak ugljenisanog materijala stoga je postao važan dio teorije usporavanja plamena-faze kondenzirane-faze.
Godine 1989. G. Camino i drugi istraživači objavili su sustavne studije intumescentnih sustava za-usporavanje plamena, pomažući da se unaprijedi njihovo teoretsko razumijevanje i praktična primjena.
6. Pomak prema kompozitnim sustavima-visokih performansi
Nakon 1950-ih počeli su se pojavljivati reaktivni-monomeri otporni na plamen-i smole otporne na plamen.
Za razliku od aditivnih usporivača plamena, reaktivni usporivači plamena mogu se kemijski ugraditi u molekularnu strukturu polimera. To može poboljšati izdržljivost i smanjiti migraciju ili gubitak-komponenti otpornih na plamen tijekom upotrebe.
Od 1960-ih nadalje, različiti aromatski halogenirani usporivači plamena ušli su u komercijalnu upotrebu, a -materijali koji usporavaju plamen postupno su prešli u-industrijsku proizvodnju velikih razmjera.
U 1980-ima, razvoj nanokompozitnih materijala otvorio je novi smjer za-istraživanja otpornosti na plamen.
Neki nanomaterijali mogu poboljšati toplinsku stabilnost, pospješiti stvaranje zaštitnih slojeva i smanjiti stope-otpuštanja topline i-gubitka mase pri relativno niskim razinama opterećenja.
Moderni{0}}materijali koji usporavaju plamen općenito se više ne oslanjaju na jedan aditiv. Umjesto toga, oni kombiniraju više mehanizama, uključujući:
· inhibiranje lančanih reakcija izgaranja u plinovitoj fazi;
· poticanje stvaranja ugljeniziranog materijala u kondenziranoj fazi;
· smanjenje prijenosa topline kroz izolacijske slojeve;
· ograničavanje kretanja kisika i zapaljivih plinova anorganskim barijerama;
· smanjenje dima pomoću-sustava za suzbijanje dima;
· poboljšanje strukture ugljeniziranog materijala i toplinske stabilnosti s nanomaterijalima.
7. Propisi i standardi potiču poboljšanja u zaštiti od požara
U drugoj polovici dvadesetog stoljeća plastika, sintetička guma i sintetička vlakna postali su naširoko korišteni u zgradarstvu, prijevozu, namještaju, električnim proizvodima i robi široke potrošnje.
U isto vrijeme, rizik od požara povezan s polimernim materijalima dobiva sve veću pozornost.
Od 1960-ih nadalje, Sjedinjene Države, Europa i druge regije postupno su uvodile industrijske zahtjeve, standarde proizvoda i sigurnosne propise koji se odnose na zapaljivost materijala.
Poboljšanje otpornosti na plamen stoga je evoluiralo iz dobrovoljne akcije proizvođača u obavezni zahtjev-za pristup tržištu za određene proizvode.
Danas se zahtjevi za -usporavanje plamena i-otpornost na vatru primjenjuju na širok raspon industrija, uključujući:
· građevinski i građevinski materijal;
· tekstil;
· namještaj i madraci;
· automobilski i željeznički promet;
· zrakoplovstvo;
· žice i kabeli;
· električna i elektronička oprema;
· novi-sustavi energetskih baterija.
Različite primjene zahtijevaju različite razine i vrste protupožarne učinkovitosti.
Osim otpornosti na paljenje, materijale će možda trebati procijeniti za širenje plamena, oslobađanje topline, stvaranje dima, toksičnost, plamene kapljice, cjelovitost strujnog kruga, otpornost na vatru i dugoročnu-trajnost.
8. Praktična vrijednost-materijala otpornih na plamen
Svrha-tehnologije usporavanja plamena nije jamčiti da materijal nikada neće izgorjeti ni pod kojim uvjetima.
Njegova vrijednost leži u kontroli ponašanja pri izgaranju i smanjenju vjerojatnosti da će požar započeti, proširiti se ili postati ozbiljniji.
Učinkovit dizajn otporan na plamen-može odgoditi paljenje i širenje plamena, smanjiti stopu-otpuštanja topline, ograničiti gubitak materijala i pružiti više vremena za evakuaciju, gašenje požara i zaštitu imovine.
Kako se zahtjevi za -sigurnost od požara nastavljaju razvijati, moderne tehnologije za-usporavanje plamena stavljaju veći naglasak na balansiranje učinka požara sa suzbijanjem dima, niskom toksičnošću, kompatibilnošću s okolišem, izdržljivošću i mehaničkim svojstvima.
Učinak -usporavanja plamena stoga se mora provjeriti standardiziranim testiranjem, a ne ocjenjivati isključivo prema nazivu materijala, kemijskom sastavu ili izjavi dobavljača.
