El foc sempre ha estat una de les amenaces més greus per a la societat humana. A mesura que els edificis, els sistemes de transport, els tèxtils, els productes elèctrics i els materials polímers s'han estès cada cop més, la demanda de millores en el rendiment del foc ha continuat creixent.
És important distingir els materials-retardants de flama dels materials completament no-combustibles. L'objectiu de la tecnologia ignífuga-és reduir la probabilitat d'ignició, frenar la propagació de les flames, limitar l'alliberament de calor i oferir més temps per a l'evacuació i extinció d'incendis.
Des de capes protectores d'argila utilitzades en edificis antics fins a sistemes intumescents moderns, nanocomposites i tecnologies de baix-fum i baixa-toxicitat, el desenvolupament de materials-resistents al foc ha estat un llarg procés d'exploració contínua.
1. Materials ignífugs de la Xina antiga i protecció de l'edifici
La Xina va començar a explorar mètodes de protecció contra incendis en una etapa molt primerenca.
Al jaciment arqueològic de Dadiwan a Qin'an, província de Gansu, que data d'aproximadament 5.000 a 8.000 anys, els antics constructors van col·locar capes de terra al voltant de columnes de fusta en grans edificis públics i van aplicar materials protectors de ciment a la superfície d'estructures de fusta. Aquestes pràctiques es poden considerar com les primeres formes de protecció contra incendis arquitectònics.
Durant el període de primavera i tardor, la gent ja havia reconegut que eliminar estructures més petites, revestir edificis més grans i crear zones de separació podria ajudar a frenar la propagació del foc.
Durant els períodes de primavera i tardor i dels Estats Combatents, el filòsof xinès Mozi va proposar una sèrie de mesures de prevenció i extinció d'incendis. Aquestes incloïen revestir les portes de la ciutat i els edificis amb fang, fer aigua-eines de transport de tela de cànem, utilitzar recipients de cuir per contenir l'aigua i instal·lar instal·lacions d'emmagatzematge d'aigua a les torres defensives.
Aquestes mesures reflectien un primer enfocament integrat que combinava el tractament de superfícies resistents al foc-, el disseny d'edificis i els equips d'extinció d'incendis.
A la dinastia Yuan, el científic agrícola Wang Zhen havia proporcionat una discussió relativament sistemàtica sobre la construcció de protecció contra incendis en el seu treball.Nong Shu, oLlibre d'Agricultura. Va escriure:
El foc creix quan es troba amb la fusta, s'apaga amb l'aigua i s'acaba quan arriba a la terra.
Wang Zhen també va documentar un material -resistent al foc fet d'ingredients com ara maons triturats, argila, oli de tung, carbó en pols i calç, barrejats amb pasta d'arròs glutinós. El material proporcionava una cobertura superficial, aïllament tèrmic i protecció, i es pot considerar com un recobriment de protecció contra incendis-compost de la Xina primitiva.
Tot i que aquestes pràctiques històriques encara no constituïen un sistema químic ignífug-modern, ja van demostrar diversos principis importants: aïllar els materials combustibles de l'aire, reduir la transferència de calor, cobrir substrats inflamables i prevenir l'exposició directa a la flama.
2. Exploració occidental inicial del tractament ignífug-
Els registres de tractaments ignífugs-a Occident també es remunten a l'antiguitat.
Segons els relats històrics de l'antiga Grècia, la fusta es va tractar amb solucions a base d'alum-al voltant del 450 aC per reduir la seva inflamabilitat. Els romans van millorar posteriorment el procés afegint substàncies com el vinagre a la solució de tractament, ajudant a millorar-ne la durabilitat i eficàcia.
Al segle I aC, els mètodes ignífugs-ja s'havien aplicat a la defensa militar. S'ha informat que les solucions a base d'alum-es van utilitzar per tractar fortificacions de fusta, mentre que es van aplicar recobriments d'argila i materials-reforçats amb fibra per protegir els equips de setge de fusta contra el foc.
El 1638, l'escenògraf i arquitecte italià Nicola Sabbatini va proposar afegir argila i guix als recobriments utilitzats a les cortines del teatre per reduir el seu risc d'incendi. Aquesta aplicació mostra com els perills d'incendi als edificis públics van ajudar a impulsar el desenvolupament primerenc de tecnologies ignífugues-.
L'any 1735, es va emetre una patent britànica per al tractament de fusta i tèxtils utilitzant alumini, borax i sulfat ferrosos. A finals del segle XVIII, també s'estaven investigant compostos com el sulfat d'amoni com a components de formulacions retardants de flama-.
3. La formació de la-ciència moderna ignífuga
El segle XIX va marcar una transició important de les pràctiques d'ignifugació basades en l'experiència-a la investigació científica.
El 1821, el químic francès JL Gay-Lussac va rebre l'encàrrec d'investigar mètodes per reduir la inflamabilitat de les cortines del teatre. Va trobar que les sals d'amoni dels àcids sulfúric, clorhídric i fosfòric podrien millorar la resistència a la flama del cànem i el lli.
També va observar que les combinacions de clorur d'amoni, àcid fosfòric i borax podrien millorar encara més el rendiment dels retardants de flama{0}}.
Aquest treball es considera àmpliament un punt de partida important en l'estudi científic de fibres i formulacions retardants de flama-. El seu principi subjacent-l'ús de compostos que contenen fòsfor- i nitrogen-per promoure la deshidratació i la formació de carbonització-segueix sent rellevant per a la tecnologia ignífuga-actual.
Al voltant de 1859, els compostos com el fosfat d'amoni, el clorur d'amoni, el borax, el sulfat d'amoni i les sals d'estanat es van aplicar més al tractament ignífug-tèxtil.
Mitjançant la impregnació, el recobriment i la formació de capes protectores inorgàniques a les superfícies de fibres, es podria millorar el comportament de combustió dels teixits.
Durant aquest període, la investigació sobre-retardants de flama va passar gradualment de l'ús de substàncies individuals a formulacions compostes, reaccions químiques i tecnologies de tractament-de superfícies.
4. Desenvolupament industrial al segle XX
Amb el ràpid creixement dels plàstics, el cautxú sintètic i les fibres sintètiques al segle XX, la tecnologia ignífuga-es va convertir en una part cada cop més important de la indústria dels materials.
Molts materials polímers són fàcils d'encendre, es cremen ràpidament i alliberen grans quantitats de calor. Com a resultat, millorar el seu rendiment al foc es va convertir en un gran repte tècnic.
A principis del segle XX, el cautxú clorat va entrar en l'etapa d'investigació i industrialització. Cap al 1913, les sals d'estannat i les sals d'amoni s'estaven utilitzant per al tractament tèxtil ignífug-.
A la dècada de 1930 es van començar a utilitzar sistemes sinèrgics basats en parafina clorada i òxid d'antimoni en materials ignífugs-. Els compostos halogenats van ajudar a inhibir les reaccions dels-radicals lliures a la flama, mentre que l'òxid d'antimoni va millorar la seva eficàcia.
Aquests sistemes van ser àmpliament utilitzats durant molts anys en plàstics, cautxú, recobriments i tèxtils.
Durant el mateix període, van començar a aparèixer recobriments inorgànics-de protecció contra incendis basats en aglutinants de vidre d'aigua i farcits minerals. Més tard, els investigadors van desenvolupar recobriments que es van expandir i van formar una capa protectora de carboni sota la calor, posant les bases per als moderns recobriments protectors de foc-intumescents.
Durant la Segona Guerra Mundial, la demanda de tendes militars i materials de lona amb resistència a la flama i a l'aigua va accelerar encara més el desenvolupament de sistemes de recobriment ignífug-basats en parafina clorada, òxid d'antimoni i aglutinants.
5. El desenvolupament de sistemes ignífugs-intumescents
A finals de la dècada de 1940, els investigadors van començar a utilitzar el terme "intumescència" per descriure l'expansió i l'escuma que es produeixen quan determinats polímers ignífugs-s'exposen a la calor o al foc.
Entre 1948 i 1950 aproximadament, l'estructura bàsica dels sistemes ignífugs-intumescents es va fer més clara, donant lloc als conceptes d'una font àcida, una font de carboni i una font de bufat.
· Elfont àcidaafavoreix la deshidratació i la carbonització.
· Elfont de carboniforma el marc de la capa protectora de carboni.
· Elfont de bufatallibera gasos que expandeixen el carbó en una estructura porosa.
Quan el material està exposat a la flama oa alta temperatura, la capa intumescent cobreix el substrat i limita la transferència de calor, oxigen i productes de descomposició combustibles. Això frena l'escalfament i la combustió del material subjacent.
A la dècada de 1970, els investigadors van demostrar encara més que la formació d'una capa de carboni estable durant la combustió del polímer podria millorar significativament el rendiment del retard de flama-.
Per tant, l'efecte protector del carbó es va convertir en una part important de la teoria del retardador de flama-de fase condensada-.
L'any 1989, G. Camino i altres investigadors van publicar estudis sistemàtics de sistemes ignífugs-intumescents, que van ajudar a avançar tant en la seva comprensió teòrica com en la seva aplicació pràctica.
6. El canvi cap a sistemes compostos d'alt-rendiment
Després de la dècada de 1950, van començar a sorgir monòmers reactius ignífugs-i resines ignífugues-.
A diferència dels retardants de flama additius, els retardants de flama reactius es poden incorporar químicament a l'estructura molecular d'un polímer. Això pot millorar la durabilitat i reduir la migració o la pèrdua de components ignífugs- durant l'ús.
A partir de la dècada de 1960, diversos retardants de flama halogenats aromàtics van entrar a l'ús comercial i els materials retardants de flama-es van passar gradualment a la producció industrial a gran-escala.
A la dècada de 1980, el desenvolupament de materials nanocompostos va obrir una nova direcció per a la investigació-retardants de flama.
Alguns nanomaterials poden millorar l'estabilitat tèrmica, promoure la formació de capes protectores i reduir les taxes d'alliberament de calor i de pèrdua-de massa a nivells de càrrega relativament baixos.
En general, els materials ignífugs-moderns ja no depenen d'un sol additiu. En comptes d'això, combinen diversos mecanismes, com ara:
· inhibició de les reaccions en cadena de combustió en fase gasosa;
· afavorir la formació de carbó en la fase condensada;
· reducció de la transferència de calor a través de capes aïllants;
· limitar el moviment d'oxigen i gasos combustibles amb barreres inorgàniques;
· reduir el fum mitjançant sistemes{0}}supressors de fum;
· Millora de l'estructura del carbó i l'estabilitat tèrmica amb nanomaterials.
7. La normativa i les normes impulsen les millores en seguretat contra incendis
A la segona meitat del segle XX, els plàstics, el cautxú sintètic i les fibres sintètiques es van fer servir àmpliament en edificis, transports, mobles, productes elèctrics i béns de consum.
Al mateix temps, els riscos d'incendi associats als materials polimèrics van rebre una atenció creixent.
A partir de la dècada de 1960, els Estats Units, Europa i altres regions van introduir gradualment requisits de la indústria, estàndards de productes i regulacions de seguretat relacionades amb la inflamabilitat dels materials.
Per tant, la millora de la resistència a la flama va evolucionar d'una acció voluntària dels fabricants a un requisit d'accés obligatori al mercat-per a determinats productes.
Avui en dia, els requisits de-resistent al foc i de resistència al foc-s'apliquen a una àmplia gamma d'indústries, com ara:
· materials de construcció i construcció;
· tèxtils;
· mobles i matalassos;
· automòbils i transport ferroviari;
· aeroespacial;
· filferros i cables;
· equips elèctrics i electrònics;
· nous sistemes de bateries d'energia-.
Les diferents aplicacions requereixen diferents nivells i tipus de rendiment al foc.
A més de la resistència a la ignició, és possible que s'hagin d'avaluar els materials per a la propagació de la flama, l'alliberament de calor, la producció de fum, la toxicitat, les gotes de flama, la integritat del circuit, la resistència al foc i la durabilitat a llarg termini-.
8. El valor pràctic dels materials ignífugs-
L'objectiu de la tecnologia ignífuga-no és garantir que un material mai es cremi sota cap condició.
El seu valor rau en controlar el comportament de la combustió i reduir la probabilitat que un incendi s'iniciï, s'estengui o es faci més greu.
Un disseny ignífug-eficaç pot retardar l'encesa i la propagació de la flama, reduir la taxa d'alliberament de calor-, limitar la pèrdua de material i proporcionar més temps per a l'evacuació, la lluita contra incendis i la protecció de la propietat.
A mesura que els requisits de seguretat-incendis continuen desenvolupant-se, les tecnologies modernes-retardants de flama estan posant més èmfasi en equilibrar el rendiment del foc amb la supressió de fum, la baixa toxicitat, la compatibilitat ambiental, la durabilitat i les propietats mecàniques.
Per tant, el rendiment dels retardants de flama-s'ha de verificar mitjançant proves estandarditzades en lloc de jutjar-se només pel nom del material, la composició química o la declaració del proveïdor.
