پلییورتانها (PU) یک خانواده بسیار گسترده از پلیمرها هستند که کاربردهای متنوعی از جمله پوششهای سطحی، فومها، کامپوزیتها و چسبها دارند. این مواد بدلیل سختی بالا، مقاومت سایشی بالا، هدایت حرارتی پایین و جذب کم آب شناخته میشوند. فومهای پلییورتان (سخت و نرم) از پرکاربردترین فومهای پلیمری هستند که در کاربردهای مختلفی مانند صنایع بستهبندی، صندلیهای حملونقل، عایقها و مبلمان استفاده میشوند. اما مشکل بزرگ آنها قابلیت اشتعال بالا است؛ زیرا PU به سرعت تجزیه شده و هنگام سوختن مقدار زیادی گرما آزاد میکند. این فومها هنگام سوختن علاوه بر شعلهور شدن سریع، مقدار زیادی دود و گازهای سمی آزاد میکنند. بنابراین لازم است ویژگیهای بازدارندگی شعله آنها متناسب با استانداردهای ملی و بینالمللی تنظیم شود. در سالهای اخیر، مواد مختلفی بعنوان بازدارندههای شعله به ترکیب PU افزوده شدهاند.
بازدارندههای شعله
بازدارندههای شعله در پلییورتانها از نظر ماهیتی به دو دسته کلی تقسیم میشوند:
- انواع مورد استفاده بصورت افزودنی (Additive Flame Retardant). این انواع صرفا بعنوان یک ماده افزودنی به فرمولاسیون پلییورتان اضافه میشوند. ترکیبات بوریک، آلومینیوم پلیفسفات، تریفنیل فسفات، تریاتیل فسفات، گرافیت منبسطشونده، ملامین و مشتقات آن از این دسته هستند. بازدارندههای افزودنی اگرچه استفاده زیادی داشتهاند، اما مشکلاتی مثل جدایش فازی، افزایش ویسکوزیته و کاهش یکنواختی ایجاد میکنند.
- انواع واکنشی (Reactive Flame Retardants). بازدارندههای واکنشی در ساختار PU وارد میشوند و پایداری شعله را افزایش میدهند.
تقسیمبندی شیمیایی
بازدارندهها از نظر ساختار شیمیایی ترکیبات گوناگونی دارند. جدا از پلیمری که به آن اضافه میشوند و ماهیت کلی، معمولا به دو دسته هالوژندار و بدون هالوژن (Halogen-free) تقسیمبندی میشوند.
- انواع هالوژندار. ترکیبات کلردار و برمدار کارایی بالایی دارند و قیمت کمی نیز دارند. اما هنگام سوختن دود سمی و خورنده آزاد میکنند. به همین دلیل استفاده از این مواد در بسیاری از کشورها ممنوع یا محدود شدهاند.
- بدون هالوژن. بادارندههای فاقد هالوژن معمولا ترکیباتی برپایه فسفر، نیتروژن، سیلیکون و هیدروکسیدهای فلزی هستند.
- هیدروکسیدهای فلزی. این ترکیبات ارزان بوده و سازگاری بالایی با محیط زیست از خود نشان میدهند. پیشگیرندههای معدنی مانند آلومینیم هیدروکسید (ATH) و منیزیوم هیدروکساید از این نوع بازدارندهها هستند.
- ترکیبات فسفر. این نرکیبات با تولید رادیکالهای فسفر(PO و PO۲) در فاز گازی، واکنشهای احتراق را مهار میکنند. همچنین در فاز چگال، فرایند تشکیل لایه محافظ (Char formation) را کاتالیز کرده و به تشکیل لایه محافظ کمک مینمایند.
- ترکیبات نیتروژن-فسفر. این ترکیبات در بازدارندههای Intumescent مورد استفاده قرار میگیرند. این نوع بازدارندهها لایهی متورم و عایق در سطح PU ایجاد میکنند که جلوی انتقال گرما و جرم را میگیرد. پژوهشهای انجام شده نشان میدهد که میکروکپسولهای آلومینیوم پلیفسفات (ALP) قبل از تجزیه پلییورتان شروع به تجزیه شدن و تجزیه حرارتی PU را سرعت میبخشند. این فرآیند باعث میشود لایههای کربنی فشردهای تشکیل شود که مانند یک سد فیزیکی جلوی انتقال حرارت و جرم را میگیرند. در نتیجه باقیمانده کربنی متراکمتر و بزرگتر بدست میآید؛ همچنین رادیکالهای آزاد حاصل از تجزیهALP در فاز گاز، واکنشهای شعله را خاموش میکنند.
بازدارندههای شعله نوین
تحقیقات اخیر بویژه بر روی نانو مواد (نانوذرات معدنی و هیبریدی)، پلیالکترولیتهای زیستپایه و پوششهای لایهبهلایه (Layer-by-Layer) تمرکز داشتهاند. این روشها باعث ایجاد پوششهای آلی، معدنی یا هیبریدی روی سطح PU میشوند که هم خاصیت ضد شعله بالایی دارند و هم سازگار با محیط زیست هستند.
نتایج نشان میدهد برخی بازدارندهها عملکرد خوبی دارند اما ممکن است باعث افت ویژگیهای مکانیکی شوند. در مقابل، دستهای دیگر ضمن حفظ خواص پلییورتان، بازدارندگی شعله مناسبی نیز ایجاد میکنند. مسیر آینده پژوهشها به سمت بازدارندههای بدون هالوژن، نانوساختاری و زیستپایه است که هم ایمنی آتش را افزایش دهند و هم برای انسان و محیطزیست بیخطر باشند.
استانداردهای مرتبط با مقاومت در برابر شعله و آتش
بررسی و رعایت استانداردهای ملی و بینالمللی مرتبط با رفتار مواد در برابر آتشسوزی یکی از الزامات اساسی در طراحی، تولید و عرضهی محصولات ساختمانی، صنعتی و حتی مصرفی است. این استانداردها با هدف تضمین ایمنی جانی و مالی، کاهش خسارات ناشی از آتشسوزی و ایجاد یک چارچوب مشترک برای مقایسه و ارزیابی عملکرد مواد تدوین میشوند. در این بخش به مهمترین استانداردهای شناخته شده در سطح جهانی پرداخته میشود که در ارزیابی رفتار شعلهپذیری و اشتعالپذیری مواد و محصولات نقش کلیدی ایفا میکنند.
استاندارد ASTM E84 آمریکا
استاندارد ASTM E84 یکی از مرجعترین آزمونها در زمینه سنجش ویژگیهای احتراق سطحی مصالح ساختمانی است. این آزمون بطور خاص شاخص گسترش شعله FSI (Flame Spread Index) و پارامتر تولید دود SDI (Smoke developed index) را ارزیابی میکند. در این روش نمونه در معرض یک منبع حرارتی مشخص قرار میگیرد و نحوه گسترش شعله در سطح آن طی زمان معین بررسی میشود. مصالح ساختمانی با توجه به نتایج آزمون در ردهبندیهای مختلف قرار میگیرند؛ بعنوان مثال، مصالح با شاخص انتشار شعله پایینتر در گروه مواد با ایمنی بالاتر قرار گرفته و برای استفاده در پروژههای ساختمانی حساس (مانند بیمارستانها یا اماکن عمومی) مناسبتر ارزیابی میشوند.
استاندارد EN 13501-1 اروپا
استاندارد EN 13501-1 بعنوان چارچوب اصلی در اروپا برای طبقهبندی واکنش مواد در برابر آتش شناخته میشود. این استاندارد، مواد و محصولات ساختمانی را در یک طیف A1 تا F دستهبندی میکند. مواد قرار گرفته در کلاسهای A1 و A2 بطور کامل یا تقریباً غیرقابل اشتعال بوده و شامل موادی مانند سیمان، بتن، شیشه، پشم سنگ، فایبرگلاس و سرامیک میشوند. در مقابل، محصولات طبقهبندیشده در کلاسهای پایینتر مانند B تا F دارای میزانهای متفاوتی از قابلیت اشتعال هستند؛ به گونهای که کلاس B بیانگر مواد با قابلیت اشتعال بسیار محدود است، در حالی که کلاس F به موادی اطلاق میشود که در مواجهه با شعله بهراحتی مشتعل میشوند. این استاندارد علاوه بر نوع ماده، به کاربرد نهایی آن نیز توجه دارد و محصولات را در سه گروه اصلی مصالح ساختمانی عمومی، کفپوشها و لولههای عایق حرارتی خطی دستهبندی میکند.
استاندارد DIN 4102 آلمان
استانداردDIN 4102 توسط مؤسسه استاندارد ملی آلمان تدوین شده و یکی از مهمترین دستورالعملها برای ارزیابی رفتار آتشسوزی مصالح ساختمانی به شمار میرود. دامنه کاربرد این استاندارد بسیار گسترده بوده و شامل موادی همچون ورقهای ساختمانی، مواد کامپوزیتی، پوششهای محافظتی، مواد عایق حرارتی، لولهها و اتصالات، اجزای تزئینی و حتی پوششهای دارای بازدارنده شعله میشود. در این استاندارد، مواد در دو کلاس کلی A (مواد نسوز) و B (مواد قابل اشتعال) تقسیم میشوند.
- کلاس A. شامل دو زیرگروهA1 (کاملاً نسوز) وA2 (با قابلیت نسوز نسبی) است.
- کلاسB. به سه زیر رده تقسیم میشود: B1 (به سختی قابل اشتعال)، B2 (قابل اشتعال معمولی (و B3 (بهراحتی قابل اشتعال).
منبع
- https://psiurethanes.com/flame-retardant-polyurethane
- ASTM E84-24 “Standard Test Method for Surface Burning Characteristics of Building Materials”
- EN 13501: “Fire classification of construction products and building elements”
- DIN 4102: “Fire Behaviour of Building Materials and Components”
بدون دیدگاه