فوم پلی اورتان و مقاومت به شعله
فهرست مطالب
معضل اشتعال پلی اورتان
پلی اورتان یک ماده با کارایی بالا از خانواده‌ی مواد پلیمری است که کاربردهای متنوعی از جمله پوشش سطوح، فوم، کامپوزیت، چسب و … دارد. امروزه پلی اورتان به دلیل داشتن خواص فوق العاده‌ای از جمله سختی، مقاومت سایشی، هدایت حرارتی پایین و جذب کم آب شناخته می‌شود. با این حال اشتعال پذیری پلی اورتان همیشه یک معضل اساسی بوده است به طوری که به سرعت در معرض آتش تجزیه شده و مقدار زیادی گاز منتشر می‌کند. به همین دلیل در سالیان اخیر، محصولات پلی اورتان حاوی جزیی به نام بازدارنده‌ی شعله (Flame retardant-FR) نیز می‌شوند تا خواص مقاومت آتشی آنها بهبود یابد.
علاوه بر این، افزودنی‌های متفاوتی نیز با بازدارنده شعله ترکیب می‌شوند تا خاصیت مقاومت در برابر شعله در ساختار پلی اورتان گنجانده شود. از جمله افزودنی‌هایی که در گذشته به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار میگرفته است تا از این طریق تأخیر و بازدارندگی شعله بهبود یابد می‌توان ترکیبات بوریک، پلی فسفات آلومینیوم، تری فنیل فسفات، تری اتیل فسفات، سیلیکات لایه ای، گرافیت قابل ارتقا، ملامین و مشتقات آن را نام برد. اما باید به این نکته نیز توجه داشت که افزودنی‌ها معایب زیادی دارند از جمله جدایش فازی به دلیل بارگذاری زیاد، از دست دادن همگنی (homogeneity)، ویسکوزیته بالای اجزا و ….، از این رو انتخاب نوع مناسب افزودنی و همچنین میزان مناسب آن از اهمیت بالایی برخوردار است.
در حالت کلی مواد اولیه پلی اورتان یک پلی ال و دی ایزوسیانات است که توسط توسط پلیمریزاسیون در کنار کاتالیزورها و سورفکتانت تهیه می‌شوند و در بین محصولات گوناگون پلی اورتان، هر دو نوع فوم سخت و نرم پلی اورتان از مهمترین اعضای این خانواده به شمار می‌آیند.
فوم‌های سخت در ساختمان سازی و به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی که فوم‌های نرم بیشتر در کاشنینگ و در صنایع بسته بندی، مبلمان و خودرو می‌توانند به کار گرفته شوند که دلیل آن را می‌توان در خواص فوم‌ها از جمله قابلیت کاشنینگ مناسب، دوام بالا، قیمت کم، دانسیته پایین و … دانست.
همانطور که پیش‌تر اشاره شد، علی رغم مزایای بیشمار، فوم‌های PU به راحتی قابل اشتعال هستند و سرعت سوختن بالایی را نشان می‌دهد که این ناشی از نسبت سطح به جرم زیاد، نفوذ پذیری زیاد هوا، ساختار سلول باز، میزان اکسیژن، کربن و هیدروژن زیاد در ماتریس پلیمر است.
از این رو عملکرد در مقابل اشتعال یک ویژگی مهم برای محصولات فوم است، به ویژه در رابطه با فوم‌هایی که در صنعت مبلمان، ساختمان سازی، خودرو و هوا فضا استفاده می‌شوند. بنابراین باید تمام منابع احتراق به دقت محافظت و کنترل شود. برای پاسخگویی به الزامات آزمایش آتش لازم است با یک بازدارنده شعله که با نام تاخیرانداز شعله نیز شناخته می‌شود، از پلیمر محافظت کنید. برای استفاده کاربردی از این نوع فوم‌ها، خواص بازدارندگی شعله، باید استاندارهای متفاوت ملی و بین المللی را برآورده کند.
در بعضی موارد نیز با استفاده از پوشش عایق ضد شعله نیز می‌توان خاصیت مقاومت در برابر آتش را در فوم‌ها بهبود بخشید. اما با این حال همچنان استفاده از FR ها مهمترین راه محدود کردن اشتعال پذیری فوم ها است. وظیفه آنها نه تنها کاهش اشتعال پذیری و انتشار دود، یا محدود کردن تولید گازهای سمی است بلکه خصوصیات عملکردی فوم پلی اورتان را در اثر استفاده طولانی مدت تحت تأثیر قرار نمی‌دهد.
استاندارهای مرتبط با شعله و آتش
در این بخش از مقاله به تعدادی از استاندارهای بین المللی و یا داخلی مرتبط با آتش و یا شعله که یک محصول باید آنها را برآورده کند پرداخته می‌شود.
- استاندارد ASTM E84
استاندارد ASTM E84 که معمولا با نام E84 شناخته می‌شود، استانداردی در سیستم آمریکایی است که به بررسی ویژگی‌های احتراق سطحی مصالح ساختمانی می‌پردازد. این آزمون شاخص پخش شعله و یا انتشار و گسترش دود را در مصالح ساختمانی بررسی می‌کند.
- استاندارد EN 13501-1
این استاندارد اروپایی به طبقه بندی آتش (A-F) محصولات می‌پردازد. این طبقه بندی معمولا براساس کاربرد نهایی به سه دسته اصلی الف) محصولات ساختمانی، ب) کفپوش‌ها و ج) لوله‌های خطی عایق حرارتی تقسیم بندی می‌شود. محصولات طبقه بندی شده در کلاس A1 و A2 غیر قابل اشتعال (سیمان، بتنی، مواد معدنی، شیشه، فایبرگلاس، پشم سنگ، سرامیک و غیره) هستند و گروه‌های B تا F به ترتیب، قابلیت اشتعالشان افزایش می‌یابد به طوری که کلاس B قابلیت اشتعال بسیار محدود دارند و کلاس F به راحتی مشتعل می شوند.
- استاندارد DIN 4102
این استاندارد را موسسه ملی آلمان تنظیم کرده است که الزامات و آزمایش‌های مربوط به رفتار آتش سوزی انواع مصالح ساختمانی از جمله ورق‌ها، مواد کامپوزیتی، پوشش‌ها، مواد عایق، لوله‌ها و اتصالات، مواد تزیینی، مواد سقفی، مواد دارای بازدارنده‌ی شعله و… را تعیین می‌کند. طبق این استاندارد مواد به دو کلاس کلی A و B تقسیم می‌شوند. کلاس A با دو زیرگروه A1 و A2 مواد نسوز و کلاس B که در آن B1 قابل اشتعال نیست، B2 قابل اشتعال و B3 به راحتی قابل اشتعال است.
انواع بازدارنده‌های شعله مورد استفاده برای پلی اورتان
طیف وسیعی از مواد بازدارنده شعله برای پلی اورتان ها مورد استفاده قرار می‌گیرد که در ادامه به تعدادی از آنها اشاره می‌شود:
بازدارنده‌های شعله هالوژنه که در گذشته به طور گسترده به منظور بازدارندگی شعله در پلیمرها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. این ترکیبات تولید هیدروژن هالید، یا رادیکال‌های هالوژن کرده و رادیکال‌های آزاد حاصل از تجزیه پلیمر را غیر فعال می‌کنند.
به دلیل کارایی بالا و قیمت پایین، ترکیبات هالوژنه مواد بسیار خوبی برای فوم‌های پلی اورتان هستند، اما متاسفانه وقتی می‌سوزند گاز تولید کرده و به محیط زیست صدمه وارد کرده و برای سلامتی افراد جامعه نیز مضر می‌باشند. که برای غلبه بر این مشکل، دانشمندان بازدارنده‌های شعله عاری از هالوژن را توسعه داده اند.
اخیرا بازدارنده‌های شعله‌ی عاری از هالوژن، توجه بیشتری را به خود جلب کرده اند. ترکیبات بر مبنای فسفر، نیتروژن، سیلیکون و دیگر اجزا، جایگزین مواد هالوژنه شده اند.
هیدروکسیدهای فلزی از جمله منیزیم هیدروکسید و آلومینیوم هیدروکسید، به عنوان ماده‌ی بازدارنده شعله سازگار با محیط زیست و همچنین مقرون به صرفه شناخته می‌شوند. این مواد با ایجاد تغییراتی در ساز و کار تجزیه پلیمرها در فازهای گازی و یا جامد عمل می‌کنند و باعث کاهش دمای شعله می‌شوند.
ترکیبات فسفردار، نوع دیگری از بازدارنده‌های شعله‌ی سازگار با محیط زیست هستند. آنها می‌توانند به فازهای گازی و رادیکال‌های فسفر (PO2، PO و.. ) تبخیر شده و رادیکال‌های احتراق را جذب کرده و از این طریق واکنش های احتراق را کاهش داده و یا متوقف کنند. علاوه بر این، بازدارنده‌های شعله‌ی بر پایه فسفر می‌تواند کربنه شدن پلیمرها را نیز کاتالیز کند.
گردآوری و ترجمه: واحد تولید محتوای گروه صنعتی مکرر
منابع:
دیدگاهتان را بنویسید