استفاده از فوم پلی یورتان در تجهیزات ضد حریق

استفاده از فوم پلی یورتان ضد حریق در تجهیزات ضد حریق

مقاومت ناکافی پلیمرها در برابر حریق کاربردهای پیشرفته آنها را زیر سوال می برد. فوم های پلی یورتان انعطاف پذیر (PU) کاربردهای بی شماری دارند اما ذاتا از اشتعال پذیری بسیار بالایی دارند. به دلیل وابستگی خواص نهایی (مکانیکی و عملکرد میرایی) فوم های PU بر روی ساختار سلولی، تقویت PU با مواد افزودنی بیشتر نگران کننده است. اگرچه آنها بسیار قابل اشتعال بوده و به دلیل اثرات زیست محیطی شناخته شده هستند، اما از ضایعات لاستیک می توان به صورت فرآوری شده استفاده کرد که موجب بهبود خواص مکانیکی فوم‌های PU می شود. در این مطالعه از ملامین سیانورات (MC)، ملامین پلی فسفات (MPP) و پلی فسفات آمونیوم (APP) به عنوان بازدارنده های شعله شناخته شده (FRs) برای تولید ذرات لاستیکی تایر بسیار مقاوم در برابر حریق (GTR) در فوم‌های انعطاف پذیر PU استفاده شد. تحلیل رفتار حریق ترکیب PU/GTR نشان داد که اشتعال پذیری ذرات مسلح GTR با افزایش بیش از 30 درصدی شاخص محدود کننده اکسیژن، کاهش 50 درصدی پیک انتشار گرما و همچنین کاهش تولید دود کاهش یافته است. همچنین از شاخص بازدارندگی شعله (FRI) برای طبقه‌بندی و برچسب‌گذاری ترکیبات PU/GTR استفاده شد؛ به طوری که مقدار GTR مهمتر از نوع FR است. طیف گسترده FR (0.94–7.56)، برچسب عملکرد ضعیف به خوب، نشان دهنده حساسیت بازدارندگی شعله به هیبریداسیون FR با GTR بود. نتایج حاصل از این بررسی حفاظت در تامین الزامات ساختمان در برابر حریق امیدوارکننده است؛ با این حال، کاهش اشتعال پذیری با افزایش عملکرد عایق مکانیکی و حرارتی قابل دستیابی است.

گزارش بازار و انتشارات علمی به توسعه سریع بخش ساخت و ساز و ساختمان در سال های بعد اشاره دارد که می تواند ناشی از رشد اقتصادی جامعه و مهاجرت اقتصادی قوی‌تر از گذشته باشد. به طور همزمان، مقررات قانونی و آگاهی زیست محیطی تمام صنایع ازجمله ساخت و ساز را به سمت مواد و راه حل های پایدار سوق می دهند. باتوجه به این ویژگی ها، مواد سلولی ازجمله پلی یورتان ها (PU) جایگزین مناسبی برای کاربردهای جدید در ساخت و ساز و مصالح ساختمانی هستند. فوم‌های PU معمولا از دهه های گذشته به عنوان عایق حرارتی، صوتی یا مکانیکی در ساختمان سازی استفاده می شوند. PU ها از مواد نفتی تولید می شوند اما با در نظر گرفتن روندها و مقررات فعلی، باید به سمت منابع بازیافتی مبتنی بر ضایعات یا تجدیدپذیر تغییر جهت داد تا بتوان کارایی منابع را افزایش داد. کاربرد این فوم های پایدار PU، به استثنای کاهش منابع طبیعی، باید مشابه یا برتر از مواد معمولی به ویژه در بهره وری انرژی باشد. در سال های اخیر تلاش های گسترده ای به منظور بررسی و توسعه راه حل های جدید پایدار برای فوم های PU به طور جامع انجام شده است. آنها را می توان به پلیول های گیاهی یا پسماندهای صنعتی، توسعه PU های غیر ایزوسیانات، پرکننده های طبیعی یا ضایعاتی و افزودنی هایی مانند بازدارنده های شعله تقسیم کرد که استفاده از PU بکر را کاهش داده و عملکردهای جدید به شیوه ای پایدار را ارتقا دهد. این جهت گیری ها جنبه‌های مختلف چالش‌های مرتبط با پایداری PU ها را بررسی می‌کنند. عدم استفاده از ایزوسیانات ها به واکنش پذیری بالای آنها و سمیت آنها نسبت داده می شود که در فرایند ساخت و تجزیه مواد تهدیدکننده است.

استفاده از مواد خام تجدید پذیر، چه به صورت پرکننده یا تولید بیوپلیول، موجب تخریب محیطی می شود زیرا ممکن است به کشت اضافی نیاز داشته باشند و اغلب با تولید مواد غذایی رقابت می کنند. ازسوی دیگر، معرفی پسماندهای صنعتی، به ویژه آنهایی که سنگین هستند، نه تنها ممکن است ویژگی های مفید فوم های PU را نشان دهد بلکه منجر به توسعه مسیرهای مدیریتی جدید برای انواع ضایعات می شود. بنابراین باید آن را رویکردی فرخنده درنظر گرفت. به استثنای جنبه های زیست محیطی، ادغام ضایعات یا مواد بازیافتی ممکن است ویژگی‌های PU، از ساختار گرفته تا عملکرد مواد بکر، را بهبود بخشد. ازمیان پرکننده های ضایعاتی بالقوه می توان به ضایعات فوم PU، پرکننده لیگنوسلولز ضایعاتی، ضایعات منسوجات و چرم، ضایعات پلیمری یا لاستیکی اشاره کرد. آخرین گروه از مواد امیدوارکننده است زیرا اغلب می تواند از عملکرد مواد اولیه، عمدتا لاستیک خودرو، را بهبود بخشیده و همچنین به صورت پودر تایر لاستیکی (GTR) اعمال شوند. همانطور که در مطالعات قبلی ما از بررسی فوم های ترکیبی PU/GTR بحث شد، ذرات لاستیک ضایعاتی ممکن است به دلیل فعالیت هسته‌زایی GTR که باعث کاهش اندازه متوسط سلول می‌شود، اثرات مفیدی بر ساختار سلولی داشته باشد. در جدول زیر پارامترهای ساختار سلولی، عایق حرارتی و خواص مکانیکی فوم های کامپوزیت PU/GTR ارائه شده است.

جدول 1:

تغییرات ساختاری نیز ممکن است منعکس کننده افزایش عملکرد عایق باشند که با کاهش ضریب رسانش حرارتی و همچنین عملکرد مکانیکی استاتیکی و دینامیکی بیان می شود.

نتیجه گیری و جمع بندی

با درنظر گرفتن روندها و سیاست های فعلی باهدف ارتقای فضای پژوهش های اقتصادی، کارهای تحقیقاتی مربوط به کامپوزیت های حاوی مواد خام بازیافتی یا ضایعاتی ضروری است. با این وجود، مواد اولیه ثانویه، به استثنای مزایای اقتصادی و زیست محیطی و همچنین ارائه عملکردهای جدید، ممکن است عملکرد مواد نهایی را تحت تاثیر قرار دهند. GTR اعمال شده در اینجا ممکن است به دیلی خواص استثنایی لاستیک خودرو، عملکرد مکانیکی و میرایی را افزایش داده و به طور همزمان، بسیار مستعد آتش سوزی است. با ترکیب آن با PU کامپوزیت PU/GTR تولید می شود که در بخش ساخت و ساز کاربرد موثری دارد؛ با این حال، اشتعال پذیری آنها همچنان چالش برانگیز است. بنابراین، مقاومت در برابر حریق کامپوزیت های PU/GTR بایستی در شعله استاندارد بررسی شود. علاوه براین، به دلیل حساسیت بالای فوم های PU و ساختار آنها در تغییرات فرمولاسیون، معرفی پرکننده ها یا افزودنی ها باید باتوجه به تحولات ریزساختاری مورد بررسی قرار گیرد. این مطالعه بینش حیاتی از ساختار و عملکرد فوم های کامپوزیت PU/GTR حاوی ذرات GTR هیبرید شده با FR جامد ارائه می دهد که با روندهای فعلی القا کننده کاربرد مواد بازیافتی و ضایعاتی همسو است و همچنین با تقویت مجدد تجهیزات ضد حریق برای مصالحی که بالقوه در ساختمان ها به کار می روند همراه است. تغییرات در ساختار سلولی، خواص مکانیکی و خواص عایق حرارتی که اغلب کاربرد طیف وسیعی از فوم های PU را بیان می کنند در اینجا ارائه شده است. طبقه بندی براساس شاخص بازدارندگی شعله (FRI) کامپوزیت ها همراه با تحلیل کیفی عملکرد بازدارندگی شعله نیز بیان شده است که اطلاعات مفیدی از نقش FR ها در طیف وسیعی از تغییرات، از 0.94 تا 7.56؛ عملکرد ضعیف به خوب، ارائه می دهد. داشتن رویکرد چند وجهی به منظور کاهش اشتعال پذیری و تغییر بار از مواد افزودنی خاص FR نیز نشانه ای از امکان دستیابی به کامپوزیت های مهندسی شده در برآوردن الزامات کاربردی است. با این وجود، باید به خاطر داشت که کاهش اشتعال پذیری فوم های کامپوزیت PU/GTR ممکن است از خواص عایق مکانیکی و حرارتی خوبی برخوردار باشند. از این رو، پژوهش های آینده در این زمینه باید بر اختلاف عملکرد ناشی از FR بدون کاهش مقاومت در برابر حریق تمرکز کنند. ازجمله راه حل های بالقوه می توان به نانو افزودنی هایی مانند خاک رس یا پلیول های مناسب اشاره کرد که به دلیل فسفر و نیتروژن ذاتا به حریق مقاوم هستند.