Vatra je oduvijek bila jedna od najozbiljnijih prijetnji ljudskom društvu. Kako su zgrade, transportni sistemi, tekstil, električni proizvodi i polimerni materijali postali sve rasprostranjeniji, potražnja za poboljšanim požarnim karakteristikama nastavlja da raste.
Važno je razlikovati materijale{0}}zapaljive od potpuno ne-zapaljivih materijala. Svrha tehnologije -usporavanja plamena je da smanji vjerovatnoću paljenja, uspori širenje plamena, ograniči oslobađanje topline i obezbijedi više vremena za evakuaciju i gašenje požara.
Od glinenih zaštitnih slojeva koji se koriste u drevnim građevinama do modernih intumescentnih sistema, nanokompozita i tehnologija niske-dimnosti, niske-toksičnosti, razvoj materijala otpornih na vatru- bio je dug proces kontinuiranog istraživanja.
1. Drevni kineski vatrootporni materijali i zaštita zgrada
Kina je počela da istražuje metode zaštite od požara u vrlo ranoj fazi.
Na arheološkom nalazištu Dadiwan u Qin'an-u, u provinciji Gansu, koje datira otprilike 5.000 do 8.000 godina, drevni graditelji postavljali su slojeve zemlje oko drvenih stubova u velikim javnim zgradama i nanosili zaštitne cementne materijale na površinu drvenih konstrukcija. Ove prakse se mogu smatrati ranim oblicima arhitektonske zaštite od požara.
Tokom proljeća i jeseni, ljudi su već prepoznali da uklanjanje manjih konstrukcija, oblaganje većih zgrada i stvaranje zona razdvajanja mogu pomoći u usporavanju širenja požara.
Tokom proljeća i jeseni i perioda Zaraćenih država, kineski filozof Mozi je predložio niz mjera za prevenciju i gašenje požara. To je uključivalo oblaganje gradskih kapija i zgrada blatom, izradu alata za nošenje vode-od platna od konoplje, korištenje kožnih posuda za zadržavanje vode i postavljanje skladišta vode na odbrambenim kulama.
Ove mjere su odražavale rani integrirani pristup koji je kombinovao-površinsku obradu otpornu na vatru, dizajn zgrade i opremu za gašenje požara.
Tokom dinastije Yuan, poljoprivredni naučnik Wang Zhen je u svom radu pružio relativno sistematsku diskusiju o zaštiti od požara u zgradama.Nong Shu, iliPoljoprivredna knjiga. napisao je:
Vatra raste kada se susreće sa drvetom, gasi se vodom i prestaje kada dođe do zemlje.
Wang Zhen je također dokumentirao materijal-otporan na vatru napravljen od sastojaka kao što su drobljena cigla, glina, tungovo ulje, drveni ugalj u prahu i kreč, pomiješan sa pastom od ljepljive riže. Materijal je pružio površinsku pokrivenost, toplinsku izolaciju i zaštitu i može se smatrati ranim kineskim kompozitnim premazom za{2}}zaštitom od požara.
Iako ove istorijske prakse još nisu predstavljale moderni{0}}hemijski sistem otporne na plamen, one su već pokazale nekoliko važnih principa: izolaciju zapaljivih materijala iz zraka, smanjenje prijenosa topline, pokrivanje zapaljivih supstrata i sprječavanje direktnog izlaganja plamenu.
2. Rano zapadno istraživanje plamena{1}}tretmana
Zapisi o{0}}tretiranju vatrogascima na Zapadu također se mogu pratiti do antičkih vremena.
Prema istorijskim izvještajima iz antičke Grčke, drvo je oko 450. godine prije nove ere tretirano rastvorima na bazi stipse{0}} kako bi se smanjila njegova zapaljivost. Rimljani su kasnije poboljšali proces dodavanjem supstanci kao što je sirće u rastvor za tretman, pomažući da se poveća njegova trajnost i efikasnost.
Do prvog vijeka prije nove ere,{0}}metode za usporavanje plamena već su se primjenjivale u vojnoj odbrani. Rješenja na bazi stipse{2}} su navodno korištena za tretiranje drvenih utvrđenja, dok su premazi napravljeni od gline i materijala ojačanih 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 korištenim na pozorišnim zavjesama kako bi se smanjio rizik od požara. Ova aplikacija pokazuje kako su opasnosti od požara u javnim zgradama pomogle u pokretanju ranog razvoja tehnologija-otpornih na plamen.
Godine 1735. izdat je britanski patent za obradu drveta i tekstila upotrebom stipse, boraksa i željeznog sulfata. Do kasnog osamnaestog vijeka, jedinjenja kao što je amonijum sulfat su takođe bila istražena kao komponente formula-usporivača plamena.
3. Formiranje moderne{1}}nauke koja usporava plamen
Devetnaesto stoljeće označilo je važnu tranziciju sa{0}}zasnovanih na iskustvu vatrootporne prakse na naučna istraživanja.
Godine 1821., francuski hemičar JL Gay{3}}Lussac dobio je zadatak da istraži metode za smanjenje zapaljivosti pozorišnih zavjesa. Otkrio je da amonijeve soli sumporne, hlorovodonične i fosforne kiseline mogu poboljšati otpornost na plamen konoplje i lana.
Također je primijetio da kombinacije amonijum hlorida, fosforne kiseline i boraksa mogu dodatno poboljšati{0}}usporavanje plamena.
Ovaj rad se naširoko smatra važnom polaznom tačkom u naučnom proučavanju{0}}usporivača plamena vlakana i formulacija. Njegov osnovni princip-upotreba jedinjenja koja sadrže fosfor- i azot-za promoviranje dehidracije i stvaranja ugljenika-ostaje relevantna za-tehnologiju koja usporava plamen.
Oko 1859. jedinjenja uključujući amonijum-fosfat, amonijum-hlorid, boraks, amonijum-sulfat i soli stanata dalje su primenjena na tretman sa-usporivačem plamena tekstila.
Impregnacijom, premazivanjem i stvaranjem neorganskih zaštitnih slojeva na površinama vlakana, moglo bi se poboljšati ponašanje tkanina pri sagorijevanju.
Tokom ovog perioda, istraživanje{0}}usporivača plamena postepeno je prešlo sa upotrebe pojedinačnih supstanci na kompozitne formulacije, hemijske reakcije i tehnologije površinskog{1}}obrada.
4. Industrijski razvoj u dvadesetom veku
Sa brzim rastom plastike, sintetičke gume i sintetičkih vlakana u dvadesetom vijeku,{0}}tehnologija otporna na plamen je postala sve važniji dio industrije materijala.
Mnogi polimerni materijali se lako zapaljuju, brzo sagorevaju i oslobađaju velike količine toplote. Kao rezultat toga, poboljšanje njihovih vatrogasnih performansi postalo je veliki tehnički izazov.
Početkom dvadesetog veka, hlorisani kaučuk je ušao u fazu istraživanja i industrijalizacije. Otprilike 1913. godine, soli stanata i amonijumove soli su se koristile za tretman tekstila koji sprečava plamen.
U 1930-im, sinergistički sistemi zasnovani na hloriranom parafinu i antimon oksidu počeli su se koristiti u materijalima{1}}otpornim na plamen. Halogenirana jedinjenja su pomogla u inhibiciji reakcija slobodnih-reakcija u plamenu, dok je antimon oksid poboljšao njihovu efikasnost.
Ovi sistemi su se mnogo godina koristili u plastici, gumi, premazima i tekstilu.
U istom periodu počeli su se pojavljivati neorganski protivpožarni{0}}premazi na bazi veziva vodenog stakla i mineralnih punila. Istraživači su kasnije razvili premaze koji su se širili i formirali zaštitni ugljeni sloj pod toplinom, postavljajući temelje za moderne intumescentne protivpožarne-prevlake.
Tokom Drugog svjetskog rata, potražnja za vojnim šatorima i platnenim materijalima sa otpornošću na plamen i vodootpornost dodatno je ubrzala razvoj{0}}sistema otpornih na plamen na bazi hlorisanog parafina, antimon oksida i veziva.
5. Razvoj intumescentnih{1}}sistema za usporavanje plamena
U kasnim 1940-im, istraživači su počeli koristiti izraz "inumescencija" kako bi opisali širenje i pjenjenje do kojih dolazi kada su određeni polimeri{1}}usporivači plamena izloženi toplini ili vatri.
Između otprilike 1948. i 1950. godine, osnovna struktura intumescentnih{2}}usporivača plamena sistema postala je jasnija, što je dovelo do koncepata izvora kiseline, izvora ugljika i izvora puhanja.
· Theizvor kiselinepotiče dehidraciju i karbonizaciju.
· Theizvor ugljenikačini okvir zaštitnog sloja ugljena.
· Theizvor duvanjaoslobađa plinove koji proširuju ugljen u poroznu strukturu.
Kada je materijal izložen plamenu ili visokoj temperaturi, intumescentni sloj pokriva podlogu i ograničava prijenos topline, kisika i zapaljivih proizvoda raspadanja. Ovo usporava zagrijavanje i sagorijevanje osnovnog materijala.
1970-ih, istraživači su dalje pokazali da formiranje stabilnog ugljenog sloja tokom sagorijevanja polimera može značajno poboljšati{1}}usporivače plamena.
Zaštitni efekat ugljenika je stoga postao važan dio teorije o usporavanju plamena-faze{1}}.
Godine 1989. G. Camino i drugi istraživači objavili su sistematske studije o sistemima koji usporavaju{2}}usporavanje plamena, pomažući da se unaprijede i njihovo teorijsko razumijevanje i praktična primjena.
6. Pomak prema kompozitnim sistemima visokih{1}}performansi
Nakon 1950-ih, počeli su se pojavljivati reaktivni{1}}monomeri otporni na plamen i{2}}otporne smole.
Za razliku od aditiva usporivača plamena, reaktivni usporivači plamena mogu se kemijski ugraditi u molekularnu strukturu polimera. Ovo može poboljšati izdržljivost i smanjiti migraciju ili gubitak komponenti-usporivača plamena tokom upotrebe.
Od 1960-ih pa nadalje, različiti aromatični halogenirani usporivači plamena ušli su u komercijalnu upotrebu, a materijali{1}}usporivači plamena postepeno su prešli u industrijsku proizvodnju velikih{2}}omjera.
Tokom 1980-ih, razvoj nanokompozitnih materijala otvorio je novi smjer za{1}}istraživanja otpornih na plamen.
Neki nanomaterijali mogu poboljšati termičku stabilnost, promovirati formiranje zaštitnih slojeva i smanjiti stope-otpuštanja i gubitka mase-pri relativno niskim nivoima opterećenja.
Moderni{0}}otporni materijali uglavnom se više ne oslanjaju na samo jedan aditiv. Umjesto toga, oni kombinuju više mehanizama, uključujući:
· inhibiranje lančanih reakcija sagorevanja u gasnoj fazi;
· podsticanje stvaranja ugljenika u kondenzovanoj fazi;
· smanjenje prijenosa topline kroz izolacijske slojeve;
· ograničavanje kretanja kiseonika i zapaljivih gasova neorganskim barijerama;
· smanjenje dima kroz{0}}sisteme za suzbijanje dima;
· poboljšanje strukture ugljena i termičke stabilnosti pomoću nanomaterijala.
7. Propisi i standardi pokreću poboljšanja u zaštiti od požara
U drugoj polovini dvadesetog veka, plastika, sintetička guma i sintetička vlakna su se široko koristili u građevinarstvu, transportu, nameštaju, električnim proizvodima i robi široke potrošnje.
Istovremeno, rizici od požara povezani sa polimernim materijalima dobijaju sve veću pažnju.
Od 1960-ih pa nadalje, Sjedinjene Države, Evropa i druge regije postepeno su uvodile industrijske zahtjeve, standarde proizvoda i sigurnosne propise koji se odnose na zapaljivost materijala.
Poboljšanje otpornosti na plamen je stoga evoluiralo od dobrovoljne akcije proizvođača u obavezni zahtjev-za pristup tržištu za određene proizvode.
Danas se zahtjevi za{0}}otpornost na vatru i otpornost na vatru{1}} primjenjuju na širok spektar industrija, uključujući:
· građevinski i građevinski materijali;
· tekstil;
· namještaj i madraci;
· automobilski i željeznički transport;
· vazduhoplovstvo;
· žice i kablovi;
· električna i elektronska oprema;
· novi-sistemi energetskih baterija.
Različite primjene zahtijevaju različite nivoe i vrste požarnih performansi.
Osim otpornosti na paljenje, materijale će možda trebati procijeniti na širenje plamena, oslobađanje topline, proizvodnju dima, toksičnost, plamene kapljice, integritet kola, otpornost na vatru i dugotrajnu-trajnost.
8. Praktična vrijednost materijala-otpornih na plamen
Svrha tehnologije{0}}usporavanja plamena nije da garantuje da materijal nikada neće izgorjeti ni pod kojim uslovima.
Njegova vrijednost leži u kontrolisanju ponašanja pri sagorijevanju i smanjenju vjerovatnoće da će požar početi, proširiti ili postati jači.
Efikasan dizajn{0}}usporivača plamena može odgoditi paljenje i širenje plamena, smanjiti stopu oslobađanja-topline, ograničiti gubitak materijala i pružiti više vremena za evakuaciju, gašenje požara i zaštitu imovine.
Kako se{0}}zahtjevi protivpožarne sigurnosti nastavljaju razvijati, moderne{1}}tehnologije otporne na vatru stavljaju veći naglasak na balansiranje performansi požara sa suzbijanjem dima, niskom toksičnošću, ekološkom kompatibilnošću, izdržljivošću i mehaničkim svojstvima.
Zbog toga se performanse{0}}usporivača plamena moraju provjeriti putem standardiziranog testiranja, a ne ocjenjivati isključivo na osnovu naziva materijala, hemijskog sastava ili deklaracije dobavljača.
