alireza685
عضو جدید
پلیمر های مقاوم در برابر آتش:
پلیمرهای مقاوم در برابر آتش ، پلیمرهایی هستند که در برابر تجزیه در دماهای بالا از خود مقاومت نشان می دهند. به این گونه پلیمرها در ساختمان های کوچک، آسمان خراش ها، کشتی های کوچک و کابین های هواپیما نیاز است. درچنین فضاهای تنگی توانایی رهایی از یک حادثه آتش سوزی و خطر گرفتاری در آتش علی السویه است،اگرچه که خطر گرفتاری در آتش کمی بیشتر است. در حقیقت بعضی از گزارشات نشان می دهد که در حدود 20 درصد از قربانیان سقوط هواپیما که کشته شـــده اند نه فقط به خاطر سقوط خود هواپیما، بلکه به خاطر به وجود آمدن آتش و آتش سوزی هواپیما بوده که کشته شده اند.
پلیمرهای ایمن در برابر آتش همچنین کاربردهایی نظیر مواد چسبنده در مصالح فضایی، عایق های الکترونیکی و مواد و تجهیزات نظامی مانند چادرهای برزنتی پیدا می کنند. بعضی از پلیمرهای ایمن در برابر آتش به طور طبیعی و ذاتی دربرابرپوسیدگی و تجزیه ازخود مقاومت نشان می دهند، درحالی که انواع دیگر هنگام ترکیب با افزودنی ها و پرکننده های مقاوم در برابر آتش تجزیه می شوند . تحقیقات اخیردر توسعه دادن و گسترش پلیمرهای مقاوم در برابر آتش براصلاح مشخصات گوناگون پلیمرها مثل آسانی احتراق، درجه آزادسازی گرما وسیر به وجود آمدن و تکامـل دود و گازهای سمی تمرکز کرده است. روش های استاندارد برای آزمودن قابلیت اشتعال پذیری پلیمر در بین کشورها متفاوت است. در آمریکا آزمون های آتش رایج شامل تست شعله کوچک UL94، تونل ASTM E84 استینر، و ASTM E622، انستیتـــو ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) و اتاق دود می باشد. تحقیقات در مورد گسترش پلیمرهای ایمن در برابر آتش که ویژگیهای مطلوب بیشتری را دارا باشد در دانشگاه ماساچوست واتحادیه نیروهای هوایی (FAA: Federal Aviation Administration)، جایی که یک سری برنامه های تحقیقاتی بلند مدت در مورد گسترش پلیمرهای ایمن حرارتی در آن انجام گرفت، در سال 1995 آغاز شد.
نگاهی گذرا به تاریخچه:
کنترل قابـلیت اشتعال مواد مختلف موضوع مورد علاقه در سال های 450 قبل از میلاد بود. زمانی که مصری ها تلاش می کردند که اشتعال پذیری چوب را به وسیله خیساندن آن در پتاسیم آلومنیوم سولفات (آلوم) کاهش دهند. بین سال های 450 قبل از میلاد و دهه های اول قرن بیستم مواد دیگری برای کاهش اشتعال پذیری مواد مختلف استفاده شد که شامل آلوم و سرکه، خاک رس و مو، خاک رس و گچ، آلوم، سولفات فروس، گچ، آلومنیوم کلراید، آمونیوم فسفات، بوراکس و اسیدهای گوناگون بود. این تلاش های زود هنگام کاربردهایی در کاهش اشتعال پذیری چوب برای مواد نظامی، پرده های تئاتر و دیگر منسوجات پیدا کرد. برای مثــال کارهای مهم در این دوره اولیه شامل اولین گواهی ثبت اختراع برای مخلوطی بود که شعله وری را کنترل می کرد و به Obadiah Wyld در سال 1735 نسبت داده شد و دیگری اولیـن اکتشاف علمی کنترل شعله وری بود که توسط Joseph Louis Gay Lussac در سال 1821 انجام شد.
رشد و توسعه از جنگ جهانی دوم به بعد:
تحقیقات در مورد پلیمرهای کنترل کننده آتش به خاطر نیازی که به نوع جدید پلیمرهای ترکیبی در جنگ جهانی دوم پیدا شده بود، تقویت شد. ترکیب پارافین هالوژنه شده و اکسید آنتیموان توانسته بود به عنوان یک کاهش دهنده آتش برای چادرهای برزنتی موفق باشد. همچنین ساخت و سنتز پلیمرها، مانند پلی استرها به همراه منومرهای کنترل کننده آتش در این زمان رواج یافته بود. اضافه کردن افزودنی های مقاوم شعله به پلیمر، یک راه معمول و نسبتاً ارزان برای کاهش دادن شعله پذیری پلیمرها شده بود؛ در حالیکه ترکیب پلیمرهای ذاتا مقاوم در برابـر آتش به عنوان یک جایگزین گرانتر باقی مانده بود. اگـرچه مشخصات و خواص این پلیمرها معمولاً در جلوگیری از احتراق کارامد تر هستند.
احتراق پلیمر:
پلیمرهای قدیمی تحت گرما تجزیه می شوند و محصولات قابل احتراقی از خود بر جای می گذارند. بنابراین می توانند از آتش نشٲت بگیرند و به راحتی آتش را گسترش دهند.
فرآیند احتراق زمانی شروع می شود که گرمایش یک پلیمر منجر به تولید محصولات سبک شود. اگر این محصولات به مقدار کافی غلیظ هستد، آنگاه در محدوده اشتعال پذیری، و در دمایی بالای دمای احتراق، احتراق ادامه پیدا می کند.مادامی که گرمای داده شده به پلیمر به میزان کافی می ماند که تجزیه گرمایی آن را به نسبتی بیش از آنچه که برای تغذیه شعله لازم است نگهدارد، احتراق ادامه پیدا می کند.
هدف و روشهای سیستم های کاهش دهنده آتش:
هدف، کنترل گرما زیر مرحله بحرانیست. برای دست یافتن به این هدف، یک راه این است که بتوانیم یک محیط گرماگیر فراهم کنیم که محصولات غیر قابل اشتعال تولید کند و راه دوم این است که مواد شیمیائی ای اضافه کنیم که رادیکال های آتش زا مانند هیدروژن و هیدروژن اکسید را حذف کند.این مواد شیمیایی خاص می توانند به طور دائمی به مولکول های پلیمر افزوده شوند (رجوع کنید به پلیمرهای ذاتا مقاوم در برابر آتش) یا به عنوان افزودنی و پرکننده به پلیمر اضافه شوند (رجوع کنید به افزودنی ها و پرکننده های کنترل کننده شعله)
نقش اکسیژن:
اکسیژن باعث تسریع تغییرات شیمیایی پلیمرها در برابر گرما (گرما کافت) در غلظت های پایین می شود و اکسیداسیون را در غلظت های بالا آغاز می کند. انتقال غلظت ها برای پلیمرهای مختلف ،متفاوت هستند. اضافه بر این، پلیمرها یک وابستگی ساختاری خیلی نزدیک با اکسیژن نشان می دهند. بعضی از ساختارها ذاتاً به محض واکنش با اکسیژن نسبت به تجـزیه حساسیت نشان می دهند. همچنین میزان دستیابی ای که اکسیژن به سطح پلیمر دارد نقش مهمی در شعله وری و احتراق پلیمر ایفا می کند. اکسیژن قبل از به وجود آمدن شعله بهتر می تواند با پلیمر واکنش دهد.
نقش میزان گرما:
در بیشتــرموارد نتایج به دست آمده از میزان گرمای عادی به طور عمده با نتایج به دست آمده از آن با میزان گرمای بالاتر فرقی ندارد. اگرچه گستره واکنش می تواند به وسیله درجه گرمایش تحت تـاثـیر قرار بگیرد. به عنوان مثال، ممکن است بعضی از واکنش ها به دلیل تبخیر محصولات در دمای پایین انجام نگیرد.
نقش فشار:
محصولات سبک تحت فشارهای پاییــن بهتـر و بیشتـر از بین می روند. معنی آن این است که ثبات و استحکام پلیمر ممکن است نصف شود. فشار پایین آورده شده همچنیـن می تواند تجــزیه محصولات با نقطه جوش بالا را کند کند.
پلیمرهای مقاوم حرارتی ذاتی:
پلیمرهایی که بیشتریـن کارایی را در مقاومت در برابر اشتعال دارند، آن هایی هستند که ذاتاً به عنوان مقاومت حرارتی ترکیب شده اند. اگرچه که دستیابی به این نوع پلیمرها سخت و ترکیب آن ها گران می باشد.
تغییر دادن خواص مختلف این پلیمرها می تواند باعث افزایش مقاومت ذاتی آن ها در برابر آتش شود.افزایش سختی یا سفتی، استفاده از منومرهای قطبی و یا استفاده از پیوندهای هیدروژنی بین زنجیرهای پلیمری، همگی باعث ارتقاء خاصیت مقاومت پلیمر در برابــر آتش می شود.
پلیمرهای خطی، تک رشته ای با حلقه های آروماتیک:
بیشتر پلیمرهای مقاوم ذاتی در برابر آتش به وسیله حلقه های آروماتیک یا حلقه های هترولیتیک که باعث سختی و سفتی پلیمرها می شود، ساخته شده اند. پلی ایمیدها، پلی بنزوکسازول ها (PBOs)، پلی بنزیمیدازول ها و پلی بنزتیازول ها مثال هایی از پلیمرهای ساخته شده با حلقه های آروماتیک و هترولیتیک هستند.
پلیمرهایی که از مونومرهای آروماتیکی ساخته شده اند، تمایل دارند در برابر احتراق تبذیل به زغال بشوند،تا میزان گاز اشتعال پذیری را که آزاد می شود کاهش دهند.در ساخت چنین پلیمرهایی معمولا از پیش پلیمرهایی (prepolymers) استفاده می شود که بیشتر در ساخت پلیمرهای مقاوم در برابر احتراق(fire-resistant) واکنش نشان می دهند.
[FONT="]پلیمرهای نردبانی[/FONT]
پلیمرهای نردبانی زیر مجموعه ای از پلیمرهایی هستند که از حلقه های آروماتیکی یا حلقه هایی از جنس دیگر ساخته شده اند.پلیمرهای نردبانی معمولا یکی از دو نوع ساختار کلی را، که در شکل سه هم نشان داده شده دارند.
یک نوع از پلیمرهای نردبانی دو زنجیره ی پلیمری را با پیوندهای کووالانسی دوره ای به هم پیوند می زند.در نوع دیگر پلیمر نردبانی شامل یک زنجیره تکی است که دو رشته ای می باشد.هر دو نوع پلیمرهای نردبانی مقاومت خوبی در برابر تجزیه ی گرمایی نشان می دهند،چرا که زنجیره ها با شکستن یک پیوند کووالانسی لزوما از هم جدا نمیشوند.اگر چه که این خصوصیت فراورش پلیمرهای نردبانی را سخت می کند،زیرا این پلیمرها به آسانی ذوب نمی شوند.این مشکلات پیچیده تر هم می شوند به این دلیل که پلیمرهای نردبانی در حد زیادی غیر قابل انحلال هستند.
[FONT="]پلیمرهای غیر آلی و نیمه آلی[/FONT]
در پلیمرهای غیر آلی و نیمه آلی اغلب از مونومرهای سیلیکون-نیتروژن، بور-نیتروژن و فسفر-نیتروژن استفاده می شود.ویژگی های غیر احتراقی مؤلفه های (اجزای) غیر آلی این پلیمرها به اشتعال پذیری کنترل شده ی آنها کمک می کند. به عنوان مثال، پلیمرهایی که با اتصال حلقه های سایکلوتری فسفازین(cyclotriphosphazine) به وجود آمده اند،به جای تشکیل گازهای سمّی قابل اشتعال به میزان فراوان، به میزان زیادی زغال در برابر احتراق از خود بر جای می گذارند. پلی سیالات ها(polysialates) (پلیمرهایی که قالب هایی از آلومینیوم، اکسیژن و سیلیکون دارند) نوع دیگری از پلیمرهای غیر آلی هستند که می توانند از نظر گرمایی تا دماهایc ْ١٤٠٠-c ١٣٠٠ْ مقاوم شوند.
[FONT="]افزودنی ها و پرکننده های کنترل کننده ی شعله [/FONT]
افزودنی ها بسته به بر هم کنش افزودنی و پلیمر به دو دسته ی اصلی تقسیم می شوند. کنترل کننده های شعله ی واکنش پذیر ترکیباتی هستند که از لحاظ شیمیایی جزئی دائمی از پلیمر می شوند. آنها معمولاشامل ناجور اتم ها هستند. از سوی دیگر، افزودنی های کنترل کننده ی شعله ترکیباتی هستند که با پیوند کووالانسی به پلیمر وصل نیستند؛ بلکه کنترل کننده و پلیمر تنها به صورت فیزیکی با یکدیگر ترکیب شده اند.در حال حاضر، اساسا از شش عنصر به طور عمده در این زمینه استفاده می شود: بور، آلومینیوم، فسفر، انتیموان، کلر و برم. یک مزیّت برجسته ی اینگونه از پلیمرهای ضد احتراق (fire-safe) این است که آنها نسبتا به آسانی ساخته می شوند.
[FONT="]کامپوزیت های ساخته شده از فیبر طبیعی[/FONT]
فیبرهای طبیعی علاوه بر فراهم آوردن خواص مکانیکی رضایت بخش و قابلیت تجدید، راحت تر به دست می آیند و از مواد ساخته ی دست انسان هم ارزان ترند. به علاوه، با محیط زیست هم سازگاری بیشتری دارند.تحقیقات اخیر بیشتر بر کاربرد گونه های مختلف کنترل کننده های شعله در طول فرایند ساخت معطوف است همانطور که بر کاربرد کنترل کننده های شعله (علی الخصوص پوشش های پف کننده) در مرحله ی نهایی معطوف بوده.
[FONT="]نانوکامپوزیت ها[/FONT]
نانوکامپوزیت ها به دلیل قیمت نسبتا پایین و انعطاف پذیری بالای آنها در خواص چند منظوره به یک بحث داغ در تحقیقات پلیمرهای ضد احتراق تبدیل شده اند.
گیلمن(Gilman) و همکارانش از پیشروان این تحقیق بودند که بهبود کنترل شعله را با حضور خاک رس مونتموریلونیت (montmorillonite) نانوپراکنده (nanodispersed) در ماتریس پلیمری (polymer matrix) نشان دادند.بعدها خاک های رسی که از لحاظ ساختاری اصلاح شده بودند، نانو ذرات TiO2 ، نانو ذرات سیلیس،هیدروکسیدهای مضاعف لایه ای، نانو لوله های کربنی، و................... چند وجهی از جمله موادی بودند که ثابت شد به خوبی مواد پیشین کاربرد دارند. به تازگی تحقیقات نشان می دهند که مخلوط کردن نانو ذرات با مهار کننده های قدیمی آتش (مانند پف کننده ها –پودرهای آتش نشانی) یا با عملیاتی سطحی (مثل عملیات پلاسما) به طرز مؤثری اشتعال پذیری را کاهش می دهد.
[FONT="]مشکلات (معایب) افزودنی ها و پرکننده ها[/FONT]
اگرچه که افزودنی ها و پرکننده های کنترل کننده ی شعله در کاهش اشتعال پذیری مؤثرند، به طبع معایبی هم دارند. سازگاری ضعیف، فرّاریت بالا و دیگر تٲثیرات زیان آور آن ها،می تواند خواص پلیمرها را تغییر دهد. به علاوه، افزودن بسیاری از کنترل کننده های شعله باعث ایجاد دوده و مونواکسید کربن در حین احتراق می شود.مواد حاوی هالوژن هم نگرانی های بیشتری در رابطه با آلودگی زیست محیطی ایجاد می کنند.
فرستنده و مترجم:
سید علیرضا میرطلائی (دانشجوی رشته مهندسی پلیمر)
آدرس پست الکترونیکی:nightman_1366@yahoo.com
مرضیه حمیدیا (کارشناس زبان و ادبیات انگلیسی)
آدرس پست الکترونیکی: m.hamidia1987@gmail.com
پلیمرهای مقاوم در برابر آتش ، پلیمرهایی هستند که در برابر تجزیه در دماهای بالا از خود مقاومت نشان می دهند. به این گونه پلیمرها در ساختمان های کوچک، آسمان خراش ها، کشتی های کوچک و کابین های هواپیما نیاز است. درچنین فضاهای تنگی توانایی رهایی از یک حادثه آتش سوزی و خطر گرفتاری در آتش علی السویه است،اگرچه که خطر گرفتاری در آتش کمی بیشتر است. در حقیقت بعضی از گزارشات نشان می دهد که در حدود 20 درصد از قربانیان سقوط هواپیما که کشته شـــده اند نه فقط به خاطر سقوط خود هواپیما، بلکه به خاطر به وجود آمدن آتش و آتش سوزی هواپیما بوده که کشته شده اند.
پلیمرهای ایمن در برابر آتش همچنین کاربردهایی نظیر مواد چسبنده در مصالح فضایی، عایق های الکترونیکی و مواد و تجهیزات نظامی مانند چادرهای برزنتی پیدا می کنند. بعضی از پلیمرهای ایمن در برابر آتش به طور طبیعی و ذاتی دربرابرپوسیدگی و تجزیه ازخود مقاومت نشان می دهند، درحالی که انواع دیگر هنگام ترکیب با افزودنی ها و پرکننده های مقاوم در برابر آتش تجزیه می شوند . تحقیقات اخیردر توسعه دادن و گسترش پلیمرهای مقاوم در برابر آتش براصلاح مشخصات گوناگون پلیمرها مثل آسانی احتراق، درجه آزادسازی گرما وسیر به وجود آمدن و تکامـل دود و گازهای سمی تمرکز کرده است. روش های استاندارد برای آزمودن قابلیت اشتعال پذیری پلیمر در بین کشورها متفاوت است. در آمریکا آزمون های آتش رایج شامل تست شعله کوچک UL94، تونل ASTM E84 استینر، و ASTM E622، انستیتـــو ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) و اتاق دود می باشد. تحقیقات در مورد گسترش پلیمرهای ایمن در برابر آتش که ویژگیهای مطلوب بیشتری را دارا باشد در دانشگاه ماساچوست واتحادیه نیروهای هوایی (FAA: Federal Aviation Administration)، جایی که یک سری برنامه های تحقیقاتی بلند مدت در مورد گسترش پلیمرهای ایمن حرارتی در آن انجام گرفت، در سال 1995 آغاز شد.
نگاهی گذرا به تاریخچه:
کنترل قابـلیت اشتعال مواد مختلف موضوع مورد علاقه در سال های 450 قبل از میلاد بود. زمانی که مصری ها تلاش می کردند که اشتعال پذیری چوب را به وسیله خیساندن آن در پتاسیم آلومنیوم سولفات (آلوم) کاهش دهند. بین سال های 450 قبل از میلاد و دهه های اول قرن بیستم مواد دیگری برای کاهش اشتعال پذیری مواد مختلف استفاده شد که شامل آلوم و سرکه، خاک رس و مو، خاک رس و گچ، آلوم، سولفات فروس، گچ، آلومنیوم کلراید، آمونیوم فسفات، بوراکس و اسیدهای گوناگون بود. این تلاش های زود هنگام کاربردهایی در کاهش اشتعال پذیری چوب برای مواد نظامی، پرده های تئاتر و دیگر منسوجات پیدا کرد. برای مثــال کارهای مهم در این دوره اولیه شامل اولین گواهی ثبت اختراع برای مخلوطی بود که شعله وری را کنترل می کرد و به Obadiah Wyld در سال 1735 نسبت داده شد و دیگری اولیـن اکتشاف علمی کنترل شعله وری بود که توسط Joseph Louis Gay Lussac در سال 1821 انجام شد.
رشد و توسعه از جنگ جهانی دوم به بعد:
تحقیقات در مورد پلیمرهای کنترل کننده آتش به خاطر نیازی که به نوع جدید پلیمرهای ترکیبی در جنگ جهانی دوم پیدا شده بود، تقویت شد. ترکیب پارافین هالوژنه شده و اکسید آنتیموان توانسته بود به عنوان یک کاهش دهنده آتش برای چادرهای برزنتی موفق باشد. همچنین ساخت و سنتز پلیمرها، مانند پلی استرها به همراه منومرهای کنترل کننده آتش در این زمان رواج یافته بود. اضافه کردن افزودنی های مقاوم شعله به پلیمر، یک راه معمول و نسبتاً ارزان برای کاهش دادن شعله پذیری پلیمرها شده بود؛ در حالیکه ترکیب پلیمرهای ذاتا مقاوم در برابـر آتش به عنوان یک جایگزین گرانتر باقی مانده بود. اگـرچه مشخصات و خواص این پلیمرها معمولاً در جلوگیری از احتراق کارامد تر هستند.
احتراق پلیمر:
پلیمرهای قدیمی تحت گرما تجزیه می شوند و محصولات قابل احتراقی از خود بر جای می گذارند. بنابراین می توانند از آتش نشٲت بگیرند و به راحتی آتش را گسترش دهند.
فرآیند احتراق زمانی شروع می شود که گرمایش یک پلیمر منجر به تولید محصولات سبک شود. اگر این محصولات به مقدار کافی غلیظ هستد، آنگاه در محدوده اشتعال پذیری، و در دمایی بالای دمای احتراق، احتراق ادامه پیدا می کند.مادامی که گرمای داده شده به پلیمر به میزان کافی می ماند که تجزیه گرمایی آن را به نسبتی بیش از آنچه که برای تغذیه شعله لازم است نگهدارد، احتراق ادامه پیدا می کند.
هدف و روشهای سیستم های کاهش دهنده آتش:
هدف، کنترل گرما زیر مرحله بحرانیست. برای دست یافتن به این هدف، یک راه این است که بتوانیم یک محیط گرماگیر فراهم کنیم که محصولات غیر قابل اشتعال تولید کند و راه دوم این است که مواد شیمیائی ای اضافه کنیم که رادیکال های آتش زا مانند هیدروژن و هیدروژن اکسید را حذف کند.این مواد شیمیایی خاص می توانند به طور دائمی به مولکول های پلیمر افزوده شوند (رجوع کنید به پلیمرهای ذاتا مقاوم در برابر آتش) یا به عنوان افزودنی و پرکننده به پلیمر اضافه شوند (رجوع کنید به افزودنی ها و پرکننده های کنترل کننده شعله)
نقش اکسیژن:
اکسیژن باعث تسریع تغییرات شیمیایی پلیمرها در برابر گرما (گرما کافت) در غلظت های پایین می شود و اکسیداسیون را در غلظت های بالا آغاز می کند. انتقال غلظت ها برای پلیمرهای مختلف ،متفاوت هستند. اضافه بر این، پلیمرها یک وابستگی ساختاری خیلی نزدیک با اکسیژن نشان می دهند. بعضی از ساختارها ذاتاً به محض واکنش با اکسیژن نسبت به تجـزیه حساسیت نشان می دهند. همچنین میزان دستیابی ای که اکسیژن به سطح پلیمر دارد نقش مهمی در شعله وری و احتراق پلیمر ایفا می کند. اکسیژن قبل از به وجود آمدن شعله بهتر می تواند با پلیمر واکنش دهد.
نقش میزان گرما:
در بیشتــرموارد نتایج به دست آمده از میزان گرمای عادی به طور عمده با نتایج به دست آمده از آن با میزان گرمای بالاتر فرقی ندارد. اگرچه گستره واکنش می تواند به وسیله درجه گرمایش تحت تـاثـیر قرار بگیرد. به عنوان مثال، ممکن است بعضی از واکنش ها به دلیل تبخیر محصولات در دمای پایین انجام نگیرد.
نقش فشار:
محصولات سبک تحت فشارهای پاییــن بهتـر و بیشتـر از بین می روند. معنی آن این است که ثبات و استحکام پلیمر ممکن است نصف شود. فشار پایین آورده شده همچنیـن می تواند تجــزیه محصولات با نقطه جوش بالا را کند کند.
پلیمرهای مقاوم حرارتی ذاتی:
پلیمرهایی که بیشتریـن کارایی را در مقاومت در برابر اشتعال دارند، آن هایی هستند که ذاتاً به عنوان مقاومت حرارتی ترکیب شده اند. اگرچه که دستیابی به این نوع پلیمرها سخت و ترکیب آن ها گران می باشد.
تغییر دادن خواص مختلف این پلیمرها می تواند باعث افزایش مقاومت ذاتی آن ها در برابر آتش شود.افزایش سختی یا سفتی، استفاده از منومرهای قطبی و یا استفاده از پیوندهای هیدروژنی بین زنجیرهای پلیمری، همگی باعث ارتقاء خاصیت مقاومت پلیمر در برابــر آتش می شود.
پلیمرهای خطی، تک رشته ای با حلقه های آروماتیک:
بیشتر پلیمرهای مقاوم ذاتی در برابر آتش به وسیله حلقه های آروماتیک یا حلقه های هترولیتیک که باعث سختی و سفتی پلیمرها می شود، ساخته شده اند. پلی ایمیدها، پلی بنزوکسازول ها (PBOs)، پلی بنزیمیدازول ها و پلی بنزتیازول ها مثال هایی از پلیمرهای ساخته شده با حلقه های آروماتیک و هترولیتیک هستند.
پلیمرهایی که از مونومرهای آروماتیکی ساخته شده اند، تمایل دارند در برابر احتراق تبذیل به زغال بشوند،تا میزان گاز اشتعال پذیری را که آزاد می شود کاهش دهند.در ساخت چنین پلیمرهایی معمولا از پیش پلیمرهایی (prepolymers) استفاده می شود که بیشتر در ساخت پلیمرهای مقاوم در برابر احتراق(fire-resistant) واکنش نشان می دهند.
[FONT="]پلیمرهای نردبانی[/FONT]
پلیمرهای نردبانی زیر مجموعه ای از پلیمرهایی هستند که از حلقه های آروماتیکی یا حلقه هایی از جنس دیگر ساخته شده اند.پلیمرهای نردبانی معمولا یکی از دو نوع ساختار کلی را، که در شکل سه هم نشان داده شده دارند.
یک نوع از پلیمرهای نردبانی دو زنجیره ی پلیمری را با پیوندهای کووالانسی دوره ای به هم پیوند می زند.در نوع دیگر پلیمر نردبانی شامل یک زنجیره تکی است که دو رشته ای می باشد.هر دو نوع پلیمرهای نردبانی مقاومت خوبی در برابر تجزیه ی گرمایی نشان می دهند،چرا که زنجیره ها با شکستن یک پیوند کووالانسی لزوما از هم جدا نمیشوند.اگر چه که این خصوصیت فراورش پلیمرهای نردبانی را سخت می کند،زیرا این پلیمرها به آسانی ذوب نمی شوند.این مشکلات پیچیده تر هم می شوند به این دلیل که پلیمرهای نردبانی در حد زیادی غیر قابل انحلال هستند.
[FONT="]پلیمرهای غیر آلی و نیمه آلی[/FONT]
در پلیمرهای غیر آلی و نیمه آلی اغلب از مونومرهای سیلیکون-نیتروژن، بور-نیتروژن و فسفر-نیتروژن استفاده می شود.ویژگی های غیر احتراقی مؤلفه های (اجزای) غیر آلی این پلیمرها به اشتعال پذیری کنترل شده ی آنها کمک می کند. به عنوان مثال، پلیمرهایی که با اتصال حلقه های سایکلوتری فسفازین(cyclotriphosphazine) به وجود آمده اند،به جای تشکیل گازهای سمّی قابل اشتعال به میزان فراوان، به میزان زیادی زغال در برابر احتراق از خود بر جای می گذارند. پلی سیالات ها(polysialates) (پلیمرهایی که قالب هایی از آلومینیوم، اکسیژن و سیلیکون دارند) نوع دیگری از پلیمرهای غیر آلی هستند که می توانند از نظر گرمایی تا دماهایc ْ١٤٠٠-c ١٣٠٠ْ مقاوم شوند.
[FONT="]افزودنی ها و پرکننده های کنترل کننده ی شعله [/FONT]
افزودنی ها بسته به بر هم کنش افزودنی و پلیمر به دو دسته ی اصلی تقسیم می شوند. کنترل کننده های شعله ی واکنش پذیر ترکیباتی هستند که از لحاظ شیمیایی جزئی دائمی از پلیمر می شوند. آنها معمولاشامل ناجور اتم ها هستند. از سوی دیگر، افزودنی های کنترل کننده ی شعله ترکیباتی هستند که با پیوند کووالانسی به پلیمر وصل نیستند؛ بلکه کنترل کننده و پلیمر تنها به صورت فیزیکی با یکدیگر ترکیب شده اند.در حال حاضر، اساسا از شش عنصر به طور عمده در این زمینه استفاده می شود: بور، آلومینیوم، فسفر، انتیموان، کلر و برم. یک مزیّت برجسته ی اینگونه از پلیمرهای ضد احتراق (fire-safe) این است که آنها نسبتا به آسانی ساخته می شوند.
[FONT="]کامپوزیت های ساخته شده از فیبر طبیعی[/FONT]
فیبرهای طبیعی علاوه بر فراهم آوردن خواص مکانیکی رضایت بخش و قابلیت تجدید، راحت تر به دست می آیند و از مواد ساخته ی دست انسان هم ارزان ترند. به علاوه، با محیط زیست هم سازگاری بیشتری دارند.تحقیقات اخیر بیشتر بر کاربرد گونه های مختلف کنترل کننده های شعله در طول فرایند ساخت معطوف است همانطور که بر کاربرد کنترل کننده های شعله (علی الخصوص پوشش های پف کننده) در مرحله ی نهایی معطوف بوده.
[FONT="]نانوکامپوزیت ها[/FONT]
نانوکامپوزیت ها به دلیل قیمت نسبتا پایین و انعطاف پذیری بالای آنها در خواص چند منظوره به یک بحث داغ در تحقیقات پلیمرهای ضد احتراق تبدیل شده اند.
گیلمن(Gilman) و همکارانش از پیشروان این تحقیق بودند که بهبود کنترل شعله را با حضور خاک رس مونتموریلونیت (montmorillonite) نانوپراکنده (nanodispersed) در ماتریس پلیمری (polymer matrix) نشان دادند.بعدها خاک های رسی که از لحاظ ساختاری اصلاح شده بودند، نانو ذرات TiO2 ، نانو ذرات سیلیس،هیدروکسیدهای مضاعف لایه ای، نانو لوله های کربنی، و................... چند وجهی از جمله موادی بودند که ثابت شد به خوبی مواد پیشین کاربرد دارند. به تازگی تحقیقات نشان می دهند که مخلوط کردن نانو ذرات با مهار کننده های قدیمی آتش (مانند پف کننده ها –پودرهای آتش نشانی) یا با عملیاتی سطحی (مثل عملیات پلاسما) به طرز مؤثری اشتعال پذیری را کاهش می دهد.
[FONT="]مشکلات (معایب) افزودنی ها و پرکننده ها[/FONT]
اگرچه که افزودنی ها و پرکننده های کنترل کننده ی شعله در کاهش اشتعال پذیری مؤثرند، به طبع معایبی هم دارند. سازگاری ضعیف، فرّاریت بالا و دیگر تٲثیرات زیان آور آن ها،می تواند خواص پلیمرها را تغییر دهد. به علاوه، افزودن بسیاری از کنترل کننده های شعله باعث ایجاد دوده و مونواکسید کربن در حین احتراق می شود.مواد حاوی هالوژن هم نگرانی های بیشتری در رابطه با آلودگی زیست محیطی ایجاد می کنند.
فرستنده و مترجم:
سید علیرضا میرطلائی (دانشجوی رشته مهندسی پلیمر)
آدرس پست الکترونیکی:nightman_1366@yahoo.com
مرضیه حمیدیا (کارشناس زبان و ادبیات انگلیسی)
آدرس پست الکترونیکی: m.hamidia1987@gmail.com
