Ogień zawsze był jednym z najpoważniejszych zagrożeń dla społeczeństwa ludzkiego. W miarę jak budynki, systemy transportowe, tekstylia, produkty elektryczne i materiały polimerowe stają się coraz bardziej powszechne, zapotrzebowanie na ulepszone właściwości przeciwpożarowe stale rośnie.
Ważne jest, aby odróżnić materiały-ognioodporne od materiałów-całkowicie niepalnych. Celem technologii-ognioodpornej jest zmniejszenie prawdopodobieństwa zapłonu, spowolnienie rozprzestrzeniania się płomieni, ograniczenie wydzielania ciepła i zapewnienie więcej czasu na ewakuację i gaszenie pożaru.
Od glinianych warstw ochronnych stosowanych w starożytnych budynkach po nowoczesne systemy pęczniejące, nanokompozyty i technologie charakteryzujące się niskim-dymem i{1}}toksycznością – rozwój materiałów-ognioodpornych to długi proces ciągłych poszukiwań.
1. Starożytne chińskie materiały ognioodporne i ochrona budynków
Chiny rozpoczęły badanie metod ochrony przeciwpożarowej na bardzo wczesnym etapie.
Na stanowisku archeologicznym Dadiwan w Qin'an w prowincji Gansu, którego historia sięga około 5000 do 8000 lat, starożytni budowniczowie ułożyli warstwy ziemi wokół drewnianych kolumn w dużych budynkach użyteczności publicznej i nałożyli ochronne materiały cementowe na powierzchnię drewnianych konstrukcji. Praktyki te można uznać za wczesne formy architektonicznej ochrony przeciwpożarowej.
Wiosną i jesienią ludzie już zdali sobie sprawę, że usuwanie mniejszych konstrukcji, pokrywanie większych budynków i tworzenie stref separacji może pomóc w spowolnieniu rozprzestrzeniania się pożaru.
W okresie Wiosny i Jesieni oraz Walczących Królestw chiński filozof Mozi zaproponował szereg środków zapobiegania i gaszenia pożarów. Obejmowały one pokrywanie błotem bram miejskich i budynków, wytwarzanie-narzędzi do przenoszenia wody z tkaniny konopnej, używanie skórzanych pojemników do przechowywania wody oraz instalowanie zbiorników wody na wieżach obronnych.
Środki te odzwierciedlały wczesne zintegrowane podejście, które łączyło-ognioodporną obróbkę powierzchni, projekt budynku i sprzęt przeciwpożarowy.
Za czasów dynastii Yuan naukowiec zajmujący się rolnictwem Wang Zhen przedstawił w swojej pracy stosunkowo systematyczne dyskusje na temat budowania zabezpieczeń przeciwpożarowychNong Shu, LubKsiążka Rolnictwo. Napisał:
Ogień rośnie, gdy spotyka drewno, gaśnie przez wodę i kończy się, gdy dotrze do ziemi.
Wang Zhen udokumentował także materiał-ognioodporny wykonany ze składników takich jak tłuczona cegła, glina, olej tungowy, sproszkowany węgiel drzewny i wapno, zmieszanych z kleistą pastą ryżową. Materiał zapewniał pokrycie powierzchni, izolację termiczną i ochronę i można go uważać za wczesną chińską kompozytową powłokę-ochronną przed ogniem.
Chociaż te historyczne praktyki nie stworzyły jeszcze nowoczesnego systemu-chemicznego zmniejszającego palność, pokazały już kilka ważnych zasad: izolowanie materiałów palnych od powietrza, ograniczanie przenoszenia ciepła, zakrywanie łatwopalnych substratów i zapobieganie bezpośredniemu narażeniu na ogień.
2. Wczesne badania na Zachodzie w zakresie obróbki-ognioodpornej
Zapisy dotyczące stosowania-uniepalniaczy na Zachodzie również sięgają czasów starożytnych.
Według przekazów historycznych ze starożytnej Grecji około 450 roku p.n.e. drewno traktowano roztworami-na bazie ałunu, aby zmniejszyć jego palność. Rzymianie później ulepszyli ten proces, dodając do roztworu leczniczego takie substancje, jak ocet, co pomogło zwiększyć jego trwałość i skuteczność.
Już w I wieku p.n.e. w obronie wojskowej stosowano już-metody zmniejszające palność. Według doniesień do zabezpieczania drewnianych fortyfikacji stosowano roztwory na bazie ałunu-, natomiast do ochrony drewnianego sprzętu oblężniczego przed ogniem stosowano powłoki wykonane z gliny i materiałów-wzmocnionych włóknami.
W 1638 roku włoski scenograf i architekt Nicola Sabbatini zaproponował dodanie gliny i gipsu do powłok stosowanych na kurtynach teatralnych, aby zmniejszyć ryzyko pożaru. Ta aplikacja pokazuje, jak zagrożenie pożarowe w budynkach użyteczności publicznej przyczyniło się do wczesnego rozwoju technologii-zmniejszających palność.
W 1735 roku wydano brytyjski patent na obróbkę drewna i tekstyliów przy użyciu ałunu, boraksu i siarczanu żelazawego. Pod koniec XVIII wieku badano także związki takie jak siarczan amonu jako składniki preparatów zmniejszających palność.
3. Powstawanie współczesnej nauki-o opóźnianiu płomieni
XIX wiek oznaczał ważne przejście od praktyk-ognioodporności opartych na doświadczeniu do badań naukowych.
W 1821 roku francuski chemik JL Gay-Lussac otrzymał zlecenie zbadania metod zmniejszania palności kurtyn teatralnych. Odkrył, że sole amonowe kwasów siarkowego, chlorowodorowego i fosforowego mogą poprawić ognioodporność konopi i lnu.
Zaobserwował również, że połączenia chlorku amonu, kwasu fosforowego i boraksu mogą jeszcze bardziej poprawić skuteczność-zmniejszania palności.
Praca ta jest powszechnie uważana za ważny punkt wyjścia w badaniach naukowych nad włóknami i preparatami zmniejszającymi palność. Jej podstawowa zasada,-wykorzystywanie związków zawierających fosfor- i azot-w celu wspomagania odwodnienia i zwęglenia,-pozostaje aktualna w dzisiejszej technologii-zmniejszającej palność.
Około 1859 r. do środków zmniejszających palność- tekstyliów zastosowano dalsze związki, w tym fosforan amonu, chlorek amonu, boraks, siarczan amonu i sole cyny.
Poprzez impregnację, powlekanie i tworzenie nieorganicznych warstw ochronnych na powierzchniach włókien można poprawić właściwości spalania tkanin.
W tym okresie badania nad-ognioodpornością stopniowo przesuwały się od stosowania pojedynczych substancji w kierunku preparatów kompozytowych, reakcji chemicznych i technologii-obróbki powierzchni.
4. Rozwój przemysłu w XX wieku
Wraz z szybkim rozwojem tworzyw sztucznych, kauczuku syntetycznego i włókien syntetycznych w XX wieku, technologia-ognioodporności staje się coraz ważniejszą częścią przemysłu materiałowego.
Wiele materiałów polimerowych łatwo się zapala, szybko pali i wydziela duże ilości ciepła. W rezultacie poprawa ich właściwości ogniowych stała się poważnym wyzwaniem technicznym.
Na początku XX wieku chlorokauczuk wszedł w fazę badań i industrializacji. Około 1913 roku sole cynianowe i amonowe zaczęto stosować do-zmniejszania palności tekstyliów.
W latach trzydziestych XX wieku w materiałach- zmniejszających palność zaczęto stosować systemy synergiczne na bazie chlorowanej parafiny i tlenku antymonu. Związki halogenowe pomogły zahamować-reakcje wolnorodnikowe w płomieniu, a tlenek antymonu zwiększył ich skuteczność.
Systemy te były szeroko stosowane przez wiele lat w tworzywach sztucznych, gumie, powłokach i tekstyliach.
W tym samym okresie zaczęły pojawiać się nieorganiczne-powłoki ogniochronne na bazie spoiw szkła wodnego i wypełniaczy mineralnych. Później badacze opracowali powłoki, które pod wpływem ciepła rozszerzały się i tworzyły ochronną warstwę zwęglenia, co położyło podwaliny pod nowoczesne ognioodporne-powłoki pęczniejące.
Podczas drugiej wojny światowej zapotrzebowanie na namioty wojskowe i materiały płócienne charakteryzujące się zarówno ognioodpornością, jak i wodoodpornością jeszcze bardziej przyspieszyło rozwój-ognioodpornych systemów powłokowych na bazie chlorowanej parafiny, tlenku antymonu i spoiw.
5. Rozwój systemów ognioodpornych-pęczniejących
Pod koniec lat czterdziestych badacze zaczęli używać terminu „pęcznienie” do opisania rozszerzania i pienienia, które występują, gdy niektóre polimery-ognioodporne są wystawione na działanie ciepła lub ognia.
Między około 1948 a 1950 rokiem podstawowa struktura pęczniejących systemów-zmniejszających palność stała się jaśniejsza, co doprowadziło do koncepcji źródła kwasu, źródła węgla i źródła podmuchu.
· Theźródło kwasusprzyja odwodnieniu i karbonizacji.
· Theźródło węglatworzy szkielet ochronnej warstwy zwęglonej.
· Thedmuchające źródłouwalnia gazy, które rozszerzają węgiel drzewny w porowatą strukturę.
W przypadku narażenia materiału na działanie płomienia lub wysokiej temperatury warstwa pęczniejąca pokrywa podłoże i ogranicza przenikanie ciepła, tlenu i palnych produktów rozkładu. Spowalnia to nagrzewanie i spalanie materiału znajdującego się pod spodem.
W latach 70. XX w. badacze wykazali ponadto, że utworzenie stabilnej warstwy zwęglenia podczas spalania polimeru może znacząco poprawić skuteczność-zmniejszania palności.
Dlatego też ochronne działanie zwęglenia stało się ważną częścią teorii zmniejszania płomienia-w fazie skondensowanej-.
W 1989 r. G. Camino i inni badacze opublikowali systematyczne badania nad pęczniejącymi systemami-ognioodpornymi, pomagając w pogłębieniu ich teoretycznego zrozumienia i praktycznego zastosowania.
6. Przejście w stronę-systemów kompozytowych o wysokiej wydajności
Po latach pięćdziesiątych XX wieku zaczęły pojawiać się reaktywne monomery-ognioodporne i żywice-ognioodporne.
W przeciwieństwie do dodatków zmniejszających palność, reaktywne środki zmniejszające palność można chemicznie włączyć do struktury molekularnej polimeru. Może to poprawić trwałość i zmniejszyć migrację lub utratę składników-ognioodpornych podczas użytkowania.
Od lat sześćdziesiątych XX wieku do użytku komercyjnego weszły różne aromatyczne, halogenowane środki zmniejszające palność, a-materiały zmniejszające palność stopniowo wprowadzano do produkcji przemysłowej- na dużą skalę.
W latach 80. rozwój materiałów nanokompozytowych otworzył nowy kierunek badań-ognioodporności.
Niektóre nanomateriały mogą poprawiać stabilność termiczną, sprzyjać tworzeniu warstw ochronnych oraz zmniejszać tempo-uwalniania ciepła i utraty masy-przy stosunkowo niskich poziomach obciążenia.
Nowoczesne materiały-ognioodporne na ogół nie opierają się już na jednym dodatku. Zamiast tego łączą wiele mechanizmów, w tym:
· hamowanie reakcji łańcuchowych spalania w fazie gazowej;
· promowanie tworzenia się zwęglenia w fazie skondensowanej;
· ograniczenie przenikania ciepła przez warstwy izolacyjne;
· ograniczenie przepływu tlenu i gazów palnych barierami nieorganicznymi;
· redukcja dymu poprzez-systemy tłumienia dymu;
· poprawa struktury zwęglenia i stabilności termicznej za pomocą nanomateriałów.
7. Przepisy i normy przyczyniają się do poprawy bezpieczeństwa przeciwpożarowego
W drugiej połowie XX wieku tworzywa sztuczne, kauczuk syntetyczny i włókna syntetyczne stały się szeroko stosowane w budynkach, transporcie, meblach, produktach elektrycznych i towarach konsumpcyjnych.
Jednocześnie coraz większą uwagę zwracano na ryzyko pożaru związane z materiałami polimerowymi.
Począwszy od lat sześćdziesiątych XX wieku w Stanach Zjednoczonych, Europie i innych regionach stopniowo wprowadzano wymagania branżowe, standardy produktów i przepisy bezpieczeństwa dotyczące palności materiałów.
Poprawa odporności ogniowej przekształciła się zatem z dobrowolnego działania producentów w obowiązkowy-wymóg dostępu do rynku dla niektórych produktów.
Obecnie wymagania dotyczące-ognioodporności i-odporności na ogień mają zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, w tym:
· budownictwo i materiały budowlane;
· tekstylia;
· meble i materace;
· transport samochodowy i kolejowy;
· lotniczy;
· przewody i kable;
· sprzęt elektryczny i elektroniczny;
· nowe-systemy akumulatorów energetycznych.
Różne zastosowania wymagają różnych poziomów i typów odporności ogniowej.
Oprócz odporności na zapłon może zaistnieć potrzeba oceny materiałów pod kątem rozprzestrzeniania się płomienia, wydzielania ciepła, wytwarzania dymu, toksyczności, płonących kropelek, integralności obwodu, odporności ogniowej i-długoterminowej trwałości.
8. Praktyczna wartość materiałów-ognioodpornych
Celem technologii-zmniejszania palności nie jest zagwarantowanie, że materiał nigdy się nie spali, w żadnych warunkach.
Jego wartość polega na kontrolowaniu przebiegu spalania i zmniejszaniu prawdopodobieństwa wybuchu, rozprzestrzenienia się lub poważniejszego pożaru.
Skutecznie-ognioodporna konstrukcja może opóźnić zapłon i rozprzestrzenianie się płomienia, zmniejszyć-szybkość wydzielania ciepła, ograniczyć straty materiału i zapewnić więcej czasu na ewakuację, gaszenie pożarów i ochronę mienia.
W miarę zwiększania się-wymagań w zakresie bezpieczeństwa pożarowego, nowoczesne technologie-ognioodporne kładą coraz większy nacisk na zrównoważenie skuteczności działania ognia z tłumieniem dymu, niską toksycznością, przyjaznością dla środowiska, trwałością i właściwościami mechanicznymi.
Dlatego też działanie-ognioodporne należy zweryfikować w drodze standardowych testów, a nie oceniać wyłącznie na podstawie nazwy materiału, składu chemicznego lub deklaracji dostawcy.
