Tulipalo on aina ollut yksi vakavimmista uhista ihmisyhteiskunnalle. Kun rakennukset, kuljetusjärjestelmät, tekstiilit, sähkötuotteet ja polymeerimateriaalit ovat yleistyneet, paloturvallisuuden parantamisen kysyntä on jatkanut kasvuaan.
On tärkeää erottaa palosuojatut materiaalit- täysin palamattomista materiaaleista. Liekinsuojatekniikan-tarkoitus on vähentää syttymisen todennäköisyyttä, hidastaa liekkien leviämistä, rajoittaa lämmön vapautumista ja antaa enemmän aikaa evakuointiin ja palontorjuntaan.
Muinaisissa rakennuksissa käytetyistä savisuojakerroksista nykyaikaisiin paisuviin järjestelmiin, nanokomposiitteihin ja vähän{0}}savuisiin, -myrkyllisyyteen liittyviin teknologioihin, palonkestävien-materiaalien kehittäminen on ollut pitkä ja jatkuva tutkimusprosessi.
1. Muinaiset kiinalaiset tulenkestävät materiaalit ja rakennusten suojaus
Kiina aloitti palontorjuntamenetelmien tutkimisen hyvin varhaisessa vaiheessa.
Dadiwanin arkeologisella paikalla Qin'anissa Gansun maakunnassa, joka on peräisin noin 5 000–8 000 vuotta vanhalta, muinaiset rakentajat asettivat maakerroksia suurten julkisten rakennusten puisten pylväiden ympärille ja levittivät suojaavia sementtimäisiä materiaaleja puurakenteiden pintaan. Näitä käytäntöjä voidaan pitää arkkitehtonisen palosuojauksen varhaisina muotoina.
Ihmiset olivat jo kevään ja syksyn aikana havainneet, että pienempien rakenteiden poistaminen, suurempien rakennusten päällystäminen ja erotusvyöhykkeiden luominen voivat hidastaa palon leviämistä.
Kevään ja syksyn sekä sotivien valtioiden aikana kiinalainen filosofi Mozi ehdotti useita palontorjunta- ja palontorjuntatoimenpiteitä. Näitä olivat kaupungin porttien ja rakennusten päällystäminen mudalla, vesi-kanavien työkalujen valmistaminen hamppukankaasta, nahkasäiliöiden käyttö veden säilyttämiseen ja vesivarastojen asentaminen puolustustorneihin.
Nämä toimenpiteet heijastivat varhaista integroitua lähestymistapaa, jossa yhdistettiin palonkestävä{0} pintakäsittely, rakennussuunnittelu ja palontorjuntalaitteet.
Nong Shu, taiMaatalouden kirja. Hän kirjoitti:
Tuli kasvaa, kun se kohtaa puun, sammuu vesillä ja loppuu, kun se saavuttaa maan.
Wang Zhen dokumentoi myös tulenkestävän-materiaalin, joka on valmistettu sellaisista ainesosista kuin murskattu tiili, save, tungöljy, puuhiilijauhe ja kalkki, sekoitettuna tahmeaan riisipastaan. Materiaali peitti pintaa, lämmöneristystä ja suojaa, ja sitä voidaan pitää varhaisena kiinalaisena komposiittipalonsuojapinnoitteena.
Vaikka nämä historialliset käytännöt eivät vielä muodostaneet nykyaikaista paloa{0}}suojattua kemiallista järjestelmää, ne osoittivat jo useita tärkeitä periaatteita: eristää palavat materiaalit ilmasta, vähentää lämmönsiirtoa, peittää syttyvät alustat ja estää suoran liekin altistumisen.
2. Early Western Exploration of Flame-Retardant Treatment
Tietoja palonestokäsittelystä-lännessä voidaan myös jäljittää muinaisista ajoista.
Muinaisen Kreikan historiallisten kertomusten mukaan puuta käsiteltiin aluna{0}}pohjaisilla liuoksilla noin 450 eaa. sen syttyvyyden vähentämiseksi. Roomalaiset paransivat myöhemmin prosessia lisäämällä käsittelyliuokseen aineita, kuten etikkaa, mikä auttoi parantamaan sen kestävyyttä ja tehokkuutta.
Ensimmäisellä vuosisadalla eaa. palosuojamenetelmiä oli jo sovellettu{0}}sotilaalliseen puolustukseen. Aluna{2}}pohjaisia liuoksia käytettiin kuulemma puisten linnoitusten käsittelyyn, kun taas savesta ja kuitu{3}}vahvistetuista materiaaleista valmistettuja pinnoitteita käytettiin suojaamaan puisia piirityslaitteita tulelta.
Vuonna 1638 italialainen näyttämösuunnittelija ja arkkitehti Nicola Sabbatini ehdotti saven ja kipsin lisäämistä teatteriverhojen pinnoitteisiin niiden palovaaran vähentämiseksi. Tämä sovellus näyttää, kuinka palovaarat julkisissa rakennuksissa auttoivat palonsuojatekniikoiden varhaista kehitystä-.
Vuonna 1735 myönnettiin brittiläinen patentti puun ja tekstiilien käsittelylle alunaa, booraksia ja rautasulfaattia käyttäen. 1700-luvun lopulla yhdisteitä, kuten ammoniumsulfaattia, tutkittiin myös palonestoainevalmisteiden komponentteina.
3. Modernin liekki-hidastavan tieteen muodostuminen
1800-luku merkitsi tärkeää siirtymää kokemukseen{0}} perustuvista paloturvallisuuskäytännöistä tieteelliseen tutkimukseen.
Vuonna 1821 ranskalainen kemisti JL Gay-Lussac sai tehtäväkseen tutkia menetelmiä teatteriverhojen syttyvyyden vähentämiseksi. Hän havaitsi, että rikki-, kloorivety- ja fosforihapon ammoniumsuolat voivat parantaa hampun ja pellavaen tulenkestävyyttä.
Hän havaitsi myös, että ammoniumkloridin, fosforihapon ja booraksin yhdistelmät voisivat parantaa palonestokykyä entisestään.
Tätä työtä pidetään laajalti tärkeänä lähtökohtana palosuojattujen kuitujen ja formulaatioiden tieteellisessä tutkimuksessa. Sen taustalla oleva periaate-fosforia- ja typpeä- sisältävien yhdisteiden käyttäminen kuivumisen ja hiiltymisen edistämiseen-on edelleen olennainen palonestoteknologiassa- nykyään.
Vuoden 1859 paikkeilla yhdisteitä, kuten ammoniumfosfaattia, ammoniumkloridia, booraksia, ammoniumsulfaattia ja stannaattisuoloja, käytettiin edelleen tekstiilien palonestokäsittelyyn.
Kuitupinnoille kyllästämällä, pinnoittamalla ja muodostamalla epäorgaanisia suojakerroksia, kankaiden palamiskäyttäytymistä voitaisiin parantaa.
Tänä aikana palosuojattu{0}}tutkimus siirtyi vähitellen yksittäisten aineiden käytöstä yhdistelmävalmisteisiin, kemiallisiin reaktioihin ja pintakäsittelytekniikoihin.
4. Teollinen kehitys 1900-luvulla
Muovien, synteettisen kumin ja synteettisten kuitujen nopean kasvun myötä 1900-luvulla palonestoteknologiasta tuli yhä tärkeämpi osa materiaaliteollisuutta.
Monet polymeerimateriaalit syttyvät helposti, palavat nopeasti ja vapauttavat suuria määriä lämpöä. Tämän seurauksena niiden palotehokkuuden parantamisesta tuli suuri tekninen haaste.
1900-luvun alussa kloorattu kumi tuli tutkimus- ja teollistumisvaiheeseen. Vuoteen 1913 mennessä stannaattisuoloja ja ammoniumsuoloja käytettiin tekstiilien palonestokäsittelyyn.
1930-luvulla kloorattuihin parafiiniin ja antimonioksidiin perustuvia synergistisiä järjestelmiä alettiin käyttää palonestoaineissa. Halogenoidut yhdisteet auttoivat estämään vapaiden-radikaalien reaktioita liekissä, kun taas antimonioksidi lisäsi niiden tehokkuutta.
Näitä järjestelmiä käytettiin laajasti useiden vuosien ajan muovissa, kumissa, pinnoitteissa ja tekstiileissä.
Samaan aikaan alkoi ilmestyä epäorgaanisia palosuoja{0}}pinnoitteita, jotka perustuivat vesilasin sideaineisiin ja mineraalitäyteaineisiin. Myöhemmin tutkijat kehittivät pinnoitteita, jotka laajenivat ja muodostivat suojaavan hiiltykerroksen lämmön vaikutuksesta, mikä loi perustan nykyaikaisille paisuville palosuojapinnoitteille.
Toisen maailmansodan aikana sotilaallisten telttojen ja kankaiden, joissa on sekä liekin- että vedenkestävyys, kysyntä vauhditti entisestään kloorattuihin parafiiniin, antimonioksidiin ja sideaineisiin perustuvien palamista hidastavien pinnoitusjärjestelmien kehitystä-.
5. Paisuvien liekkien-hidastusjärjestelmien kehittäminen
1940-luvun lopulla tutkijat alkoivat käyttää termiä "intumesenssi" kuvaamaan laajenemista ja vaahtoamista, joita esiintyy, kun tietyt palamista hidastavat polymeerit altistetaan kuumuudelle tai tulelle.
Noin vuosien 1948 ja 1950 välillä paisuvien liekkejä{2}}hidastajien perusrakenne selkiytyi, mikä johti hapon lähteen, hiilen lähteen ja puhalluslähteen käsitteisiin.
· Thehapon lähdeedistää kuivumista ja hiiltymistä.
· Thehiilen lähdemuodostaa suojaavan hiiltykerroksen kehyksen.
· Thepuhalluslähdevapauttaa kaasuja, jotka laajentavat hiiltä huokoiseksi rakenteeksi.
Kun materiaali altistetaan liekille tai korkealle lämpötilalle, paisuva kerros peittää alustan ja rajoittaa lämmön, hapen ja palavien hajoamistuotteiden siirtymistä. Tämä hidastaa alla olevan materiaalin kuumenemista ja palamista.
1970-luvulla tutkijat osoittivat lisäksi, että vakaan hiiltyneen kerroksen muodostuminen polymeerin palamisen aikana saattoi parantaa merkittävästi palonestokykyä.
Hiilen suojaavasta vaikutuksesta tuli siksi tärkeä osa kondensoituneen{0}}faasin palonestoaine-teoriaa.
Vuonna 1989 G. Camino ja muut tutkijat julkaisivat systemaattisia tutkimuksia paisuvista liekkejä{2}}hidastusjärjestelmistä, mikä auttoi edistämään niiden teoreettista ymmärtämistä ja käytännön soveltamista.
6. Siirtyminen korkean -suorituskyvyn yhdistelmäjärjestelmiin
1950-luvun jälkeen alkoi ilmaantua reaktiivisia palonesto-monomeereja ja palonestohartseja.
Toisin kuin lisäaineet, reaktiiviset palonestoaineet voidaan liittää kemiallisesti polymeerin molekyylirakenteeseen. Tämä voi parantaa kestävyyttä ja vähentää palamista hidastavien osien siirtymistä tai häviämistä käytön aikana.
1960-luvulta lähtien erilaisia aromaattisia halogenoituja palonestoaineita otettiin kaupalliseen käyttöön, ja palonestoaineet siirtyivät vähitellen suureen-teolliseen tuotantoon.
1980-luvulla nanokomposiittimateriaalien kehitys avasi uuden suunnan palonestoainetutkimukselle.
Jotkut nanomateriaalit voivat parantaa lämpöstabiilisuutta, edistää suojakerrosten muodostumista ja vähentää lämmön-vapautumista ja massa{1}}häviönopeutta suhteellisen alhaisilla kuormitustasoilla.
Nykyaikaiset palamista hidastavat materiaalit{0}} eivät yleensä enää ole riippuvaisia yhdestä lisäaineesta. Sen sijaan ne yhdistävät useita mekanismeja, mukaan lukien:
· estetään palamisketjureaktioita kaasufaasissa;
· hiiltymisen edistäminen kondensoituneessa vaiheessa;
· lämmönsiirron vähentäminen eristyskerrosten läpi;
· hapen ja palavien kaasujen liikkumisen rajoittaminen epäorgaanisilla esteillä;
· savun vähentäminen{0}}savunvaimennusjärjestelmien avulla;
· hiiltymisrakenteen ja lämpöstabiilisuuden parantaminen nanomateriaalien avulla.
7. Säännöt ja standardit parantavat paloturvallisuutta
1900-luvun jälkipuoliskolla muovia, synteettistä kumia ja synteettisiä kuituja käytettiin laajalti rakennuksissa, kuljetuksissa, huonekaluissa, sähkötuotteissa ja kulutustavaroissa.
Samaan aikaan polymeerimateriaaleihin liittyvät paloriskit saivat yhä enemmän huomiota.
1960-luvulta lähtien Yhdysvallat, Eurooppa ja muut alueet ottivat vähitellen käyttöön materiaalien syttyvyyttä koskevia teollisuuden vaatimuksia, tuotestandardeja ja turvallisuusmääräyksiä.
Improving flame resistance therefore evolved from a voluntary action by manufacturers into a mandatory market-access requirement for certain products.
Nykyään palonsuoja--ja palonkestävyysvaatimukset- koskevat monia toimialoja, kuten:
· rakennus- ja rakennusmateriaalit;
· tekstiilit;
· huonekalut ja patjat;
· autot ja rautatiekuljetukset;
· ilmailu;
· johdot ja kaapelit;
· sähkö- ja elektroniikkalaitteet;
· uudet{0}}energia-akkujärjestelmät.
Eri sovellukset vaativat eri tasoisia ja erilaisia paloteknisiä ominaisuuksia.
Syttymiskestävyyden lisäksi materiaaleista saattaa olla tarpeen arvioida liekin leviäminen, lämmön vapautuminen, savun muodostuminen, myrkyllisyys, liekittävät pisarat, piirin eheys, palonkestävyys ja pitkäkestoisuus.
8. Paloa hidastavien materiaalien käytännön arvo-
Palamista hidastavan tekniikan-tarkoitus ei ole taata, ettei materiaali koskaan pala missään olosuhteissa.
Sen arvo on palamiskäyttäytymisen hallinta ja palon syttymisen, leviämisen tai pahenemisen todennäköisyyden vähentäminen.
Tehokas palosuojattu{0}}rakenne voi hidastaa syttymistä ja liekin leviämistä, vähentää lämmön vapautumisnopeutta-, rajoittaa materiaalihävikkiä ja antaa enemmän aikaa evakuointiin, palontorjuntaan ja omaisuuden suojaamiseen.
Samalla kun paloturvallisuusvaatimukset-kehittyvät jatkuvasti, nykyaikaiset palonestoteknologiat{1}} painottavat entistä enemmän palotehokkuuden ja savun tukahduttamisen, alhaisen myrkyllisyyden, ympäristöystävällisyyden, kestävyyden ja mekaanisten ominaisuuksien tasapainottamista.
Palonsuoja{0}}teho on siksi tarkistettava standardoiduilla testeillä sen sijaan, että arvioitaisiin pelkästään materiaalin nimen, kemiallisen koostumuksen tai toimittajan ilmoituksen perusteella.
