لقد كانت النار دائما واحدة من أخطر التهديدات للمجتمع البشري. مع انتشار المباني وأنظمة النقل والمنسوجات والمنتجات الكهربائية ومواد البوليمر بشكل متزايد، استمر الطلب على تحسين أداء الحرائق في النمو.
ومن المهم التمييز بين المواد-مثبطات اللهب والمواد غير القابلة للاحتراق تمامًا-. الغرض من تكنولوجيا مثبطات اللهب- هو تقليل احتمالية الاشتعال، وإبطاء انتشار اللهب، والحد من إطلاق الحرارة، وتوفير المزيد من الوقت للإخلاء ومكافحة الحرائق.
بدءًا من طبقات الطين الواقية المستخدمة في المباني القديمة وحتى الأنظمة المنتفخة الحديثة والمركبات النانوية والتقنيات المنخفضة-الدخان والسمية المنخفضة-، كان تطوير المواد المقاومة للحريق-عملية طويلة من الاستكشاف المستمر.
1. المواد المقاومة للحريق الصينية القديمة وحماية المباني
بدأت الصين في استكشاف طرق الحماية من الحرائق في مرحلة مبكرة جدًا.
في موقع داديوان الأثري في تشينان، مقاطعة قانسو، الذي يعود تاريخه إلى ما يقرب من 5000 إلى 8000 سنة، قام البناؤون القدماء بوضع طبقات من الأرض حول أعمدة خشبية في المباني العامة الكبيرة ووضعوا مواد إسمنتية وقائية على سطح الهياكل الخشبية. يمكن اعتبار هذه الممارسات بمثابة أشكال مبكرة للحماية المعمارية من الحرائق.
خلال فترة الربيع والخريف، أدرك الناس بالفعل أن إزالة الهياكل الأصغر حجمًا، وتغليف المباني الأكبر حجمًا، وإنشاء مناطق فاصلة، يمكن أن يساعد في إبطاء انتشار الحرائق.
خلال فترات الربيع والخريف والدول المتحاربة، اقترح الفيلسوف الصيني موزي عددًا من إجراءات الوقاية من الحرائق ومكافحتها. وشمل ذلك طلاء بوابات المدينة والمباني بالطين، وصنع أدوات حمل المياه-من قماش القنب، واستخدام الحاويات الجلدية لحفظ المياه، وتركيب مرافق تخزين المياه على الأبراج الدفاعية.
عكست هذه التدابير نهجًا متكاملاً مبكرًا يجمع بين معالجة الأسطح المقاومة للحريق-، وتصميم المباني، ومعدات مكافحة الحرائق.
بحلول عهد أسرة يوان، قدم العالم الزراعي وانغ تشن مناقشة منهجية نسبيًا حول بناء الحماية من الحرائق في عملهنونغ شو، أوكتاب الزراعة. كتب:
النار تنمو عندما تلتقي بالخشب، وتنطفئ بالماء، وتنتهي عندما تصل إلى الأرض.
قام وانغ تشن أيضًا بتوثيق مادة مقاومة للحريق- مصنوعة من مكونات مثل الطوب المسحوق، والطين، وزيت التونغ، ومسحوق الفحم، والجير، الممزوجة بمعجون الأرز اللزج. توفر المادة تغطية السطح، والعزل الحراري، والحماية، ويمكن اعتبارها طلاءًا وقائيًا مركبًا صينيًا مبكرًا من الحرائق-.
على الرغم من أن هذه الممارسات التاريخية لم تشكل بعد نظامًا كيميائيًا حديثًا لمثبطات اللهب{{0}، إلا أنها أثبتت بالفعل العديد من المبادئ المهمة: عزل المواد القابلة للاحتراق عن الهواء، وتقليل انتقال الحرارة، وتغطية الركائز القابلة للاشتعال، ومنع التعرض المباشر للهب.
2. الاستكشاف الغربي المبكر لعلاج مثبطات اللهب
يمكن أيضًا إرجاع سجلات المعالجة بمثبطات اللهب-في الغرب إلى العصور القديمة.
وفقًا للروايات التاريخية من اليونان القديمة، تمت معالجة الخشب بمحاليل تعتمد على الشبة في حوالي عام 450 قبل الميلاد لتقليل قابليته للاشتعال. وقام الرومان فيما بعد بتحسين العملية عن طريق إضافة مواد مثل الخل إلى محلول العلاج، مما يساعد على تعزيز متانته وفعاليته.
وبحلول القرن الأول قبل الميلاد، كانت أساليب مثبطات اللهب-تم تطبيقها بالفعل في الدفاع العسكري. يقال إن المحاليل القائمة على الشبة- كانت تستخدم لمعالجة التحصينات الخشبية، في حين تم تطبيق الطلاءات المصنوعة من الطين والألياف -المواد المقواة لحماية معدات الحصار الخشبية ضد الحريق.
في عام 1638، اقترح مصمم المسرح والمهندس المعماري الإيطالي نيكولا ساباتيني إضافة الطين والجبس إلى الطلاءات المستخدمة في ستائر المسرح لتقليل مخاطر الحريق. يوضح هذا التطبيق كيف ساعدت مخاطر الحرائق في المباني العامة في التطوير المبكر لتقنيات مثبطات اللهب-.
وفي عام 1735، صدرت براءة اختراع بريطانية لمعالجة الأخشاب والمنسوجات باستخدام الشب والبوراكس وكبريتات الحديدوز. بحلول أواخر القرن الثامن عشر، تم أيضًا دراسة مركبات مثل كبريتات الأمونيوم كمكونات في تركيبات مثبطات اللهب-.
3. تكوين العلم الحديث المثبط للهب-.
شهد القرن التاسع عشر تحولًا هامًا من ممارسات مقاومة الحريق القائمة على الخبرة-إلى البحث العلمي.
في عام 1821، تم تكليف الكيميائي الفرنسي جي إل جاي - لوساك بدراسة طرق تقليل قابلية ستائر المسرح للاشتعال. ووجد أن أملاح الأمونيوم من أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك والفوسفوريك يمكن أن تحسن مقاومة اللهب للقنب والكتان.
ولاحظ أيضًا أن الجمع بين كلوريد الأمونيوم وحمض الفوسفوريك والبوراكس يمكن أن يؤدي إلى تحسين أداء مثبطات اللهب-.
يُنظر إلى هذا العمل على نطاق واسع على أنه نقطة بداية مهمة في الدراسة العلمية للألياف والتركيبات المقاومة للهب-. المبدأ الأساسي-استخدام المركبات المحتوية على الفوسفور- والنيتروجين-لتعزيز الجفاف وتكوين الفحم-لا يزال ذا صلة بتكنولوجيا مثبطات اللهب-اليوم.
في حوالي عام 1859، تم إضافة مركبات تتضمن فوسفات الأمونيوم، وكلوريد الأمونيوم، والبوراكس، وكبريتات الأمونيوم، وأملاح الستانات إلى معالجة مثبطات اللهب في المنسوجات.
من خلال التشريب، والطلاء، وتشكيل طبقات واقية غير عضوية على أسطح الألياف، يمكن تحسين سلوك احتراق الأقمشة.
خلال هذه الفترة، تحولت أبحاث مثبطات اللهب-تدريجيًا من استخدام المواد الفردية إلى التركيبات المركبة، والتفاعلات الكيميائية، وتقنيات معالجة الأسطح-.
4. التنمية الصناعية في القرن العشرين
مع النمو السريع للمواد البلاستيكية والمطاط الصناعي والألياف الصناعية في القرن العشرين، أصبحت تكنولوجيا مثبطات اللهب-جزءًا متزايد الأهمية من صناعة المواد.
العديد من مواد البوليمر سهلة الاشتعال، وتحترق بسرعة، وتطلق كميات كبيرة من الحرارة. ونتيجة لذلك، أصبح تحسين أدائها الناري تحديًا تقنيًا كبيرًا.
وفي أوائل القرن العشرين، دخل المطاط المكلور مرحلة البحث والتصنيع. بحلول عام 1913 تقريبًا، تم استخدام أملاح الاستانات وأملاح الأمونيوم في معالجة مثبطات لهب المنسوجات-.
في ثلاثينيات القرن العشرين، بدأ استخدام الأنظمة التآزرية المعتمدة على البارافين المكلور وأكسيد الأنتيمون في المواد المقاومة للهب-. ساعدت المركبات المهلجنة في تثبيط-تفاعلات الجذور الحرة في اللهب، بينما عزز أكسيد الأنتيمون فعاليتها.
تم استخدام هذه الأنظمة على نطاق واسع لسنوات عديدة في البلاستيك والمطاط والطلاء والمنسوجات.
خلال نفس الفترة، بدأت تظهر طبقات الحماية من الحرائق غير العضوية{0}}المعتمدة على مواد رابطة للزجاج المائي والحشوات المعدنية. طور الباحثون لاحقًا طبقات طلاء توسعت وشكلت طبقة شار واقية تحت الحرارة، مما وضع الأساس للطبقات الواقية الحديثة من الحرائق-.
أثناء الحرب العالمية الثانية، أدى الطلب على الخيام العسكرية والمواد القماشية المقاومة للهب والماء إلى تسريع عملية تطوير أنظمة الطلاء المثبطة للهب- المعتمدة على البارافين المكلور وأكسيد الأنتيمون والمواد الرابطة.
5. تطوير أنظمة مثبطات اللهب المنتفخة-.
في أواخر الأربعينيات من القرن العشرين، بدأ الباحثون في استخدام مصطلح "الانتفاخ" لوصف التمدد والرغوة الذي يحدث عند تعرض بعض البوليمرات المثبطة للهب- للحرارة أو النار.
بين عامي 1948 و1950 تقريبًا، أصبح الهيكل الأساسي لأنظمة مثبطات اللهب المنتفخة-أكثر وضوحًا، مما أدى إلى ظهور مفاهيم المصدر الحمضي، ومصدر الكربون، ومصدر النفخ.
· المصدر حمضيعزز الجفاف والكربنة.
· المصدر الكربونيشكل إطار طبقة شار الواقية.
· المصدر النفختطلق الغازات التي توسع الفحم إلى بنية مسامية.
عندما تتعرض المادة للهب أو درجة حرارة عالية، فإن الطبقة المنتفخة تغطي الركيزة وتحد من نقل الحرارة والأكسجين ومنتجات التحلل القابلة للاحتراق. هذا يبطئ تسخين وحرق المواد الأساسية.
وفي سبعينيات القرن العشرين، أثبت الباحثون أيضًا أن تكوين طبقة شار ثابتة أثناء احتراق البوليمر يمكن أن يؤدي إلى تحسين أداء مثبطات اللهب-بشكل ملحوظ.
ولذلك أصبح التأثير الوقائي للشار جزءًا مهمًا من نظرية مثبطات-الطور المكثف للهب-.
في عام 1989، نشر ج. كامينو وباحثون آخرون دراسات منهجية لأنظمة مثبطات اللهب المنتفخة-، مما ساعد على تطوير فهمهم النظري وتطبيقهم العملي.
6. التحول نحو الأنظمة المركبة عالية الأداء-.
بعد الخمسينيات من القرن العشرين، بدأت المونومرات المثبطة للهب-والراتنجات المثبطة للهب-في الظهور.
على عكس مثبطات اللهب المضافة، يمكن دمج مثبطات اللهب التفاعلية كيميائيًا في البنية الجزيئية للبوليمر. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين المتانة وتقليل انتقال أو فقدان المكونات المثبطة للهب-أثناء الاستخدام.
منذ الستينيات فصاعدًا، دخلت العديد من مثبطات اللهب المهلجنة العطرية الاستخدام التجاري، وانتقلت المواد المثبطة للهب-تدريجيًا إلى الإنتاج الصناعي-على نطاق واسع.
في الثمانينيات، فتح تطوير المواد المركبة النانوية اتجاهًا جديدًا لأبحاث مثبطات اللهب-.
يمكن لبعض المواد النانوية تحسين الاستقرار الحراري، وتعزيز تكوين طبقات الحماية، وتقليل معدلات-إطلاق الحرارة وفقدان الكتلة-عند مستويات تحميل منخفضة نسبيًا.
لم تعد المواد المثبطة للهب الحديثة-تعتمد بشكل عام على مادة مضافة واحدة. وبدلا من ذلك، فإنها تجمع بين آليات متعددة، بما في ذلك:
· تثبيط تفاعلات سلسلة الاحتراق في الطور الغازي.
· تعزيز تكوين شار في المرحلة المكثفة.
· الحد من انتقال الحرارة من خلال الطبقات العازلة.
· الحد من حركة الأكسجين والغازات القابلة للاحتراق بحواجز غير عضوية.
· تقليل الدخان من خلال أنظمة منع الدخان-
· تحسين بنية شار وثباته الحراري بالمواد النانوية.
7. اللوائح والمعايير تؤدي إلى تحسينات في مجال السلامة من الحرائق
وفي النصف الثاني من القرن العشرين، أصبح البلاستيك والمطاط الصناعي والألياف الصناعية يستخدم على نطاق واسع في المباني ووسائل النقل والأثاث والمنتجات الكهربائية والسلع الاستهلاكية.
وفي الوقت نفسه، حظيت مخاطر الحرائق المرتبطة بمواد البوليمر باهتمام متزايد.
منذ ستينيات القرن العشرين فصاعدًا، قدمت الولايات المتحدة وأوروبا ومناطق أخرى تدريجيًا متطلبات الصناعة ومعايير المنتجات وأنظمة السلامة المتعلقة بقابلية المواد للاشتعال.
ومن ثم، تطور تحسين مقاومة اللهب من إجراء طوعي من قبل الشركات المصنعة إلى مطلب إلزامي للوصول إلى السوق-لمنتجات معينة.
اليوم، تنطبق متطلبات-مثبطات اللهب ومقاومة الحرائق-على مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك:
· مواد البناء والتشييد.
· المنسوجات.
· الأثاث والمراتب.
· السيارات والنقل بالسكك الحديدية.
· الفضاء الجوي.
· الأسلاك والكابلات.
· المعدات الكهربائية والإلكترونية.
· أنظمة بطاريات الطاقة- الجديدة.
تتطلب التطبيقات المختلفة مستويات وأنواعًا مختلفة من أداء الحرائق.
بالإضافة إلى مقاومة الاشتعال، قد يلزم تقييم المواد من حيث انتشار اللهب، وانبعاث الحرارة، وإنتاج الدخان، والسمية، والقطرات المشتعلة، وسلامة الدائرة، ومقاومة الحريق، والمتانة على المدى الطويل-.
8. The Practical Value of Flame-Retardant Materials
إن الغرض من تكنولوجيا مثبطات اللهب-ليس ضمان عدم احتراق المادة مطلقًا تحت أي ظرف من الظروف.
وتكمن قيمته في التحكم في سلوك الاحتراق وتقليل احتمالية نشوب حريق أو انتشاره أو تفاقمه.
يمكن أن يؤدي التصميم الفعال لمثبطات اللهب- إلى تأخير الاشتعال وانتشار اللهب، وتقليل معدل إطلاق الحرارة-، والحد من فقدان المواد، وتوفير المزيد من الوقت للإخلاء، ومكافحة الحرائق، وحماية الممتلكات.
مع استمرار تطور متطلبات السلامة من الحرائق-، تركز تقنيات مثبطات اللهب الحديثة- بشكل أكبر على موازنة أداء الحرائق مع إخماد الدخان، والسمية المنخفضة، والتوافق البيئي، والمتانة، والخصائص الميكانيكية.
ولذلك يجب التحقق من أداء مثبطات اللهب-من خلال اختبارات موحدة بدلاً من الحكم عليه فقط من خلال اسم المادة أو التركيب الكيميائي أو إعلان المورد.
