فراپلیمر شریف

پلاستیک‌های حاوی مونومرهای کربن و هیدروژن می‌توانند بسیار قابل اشتعال باشند و به محض مشتعل شدن، گازهای دارای قابلیت اشتعال تولید می‌کنند که می تواند آتش را بیشتر شعله‌ور کند. به همین دلیل، بسیاری از مواد موجود در این دسته-از جمله پلی‌استایرن، یکی از پرکاربردترین پلاستیک‌های جهان-نمی‌توانند در ساختمان‌سازی مورد استفاده قرار گیرند؛ مگر اینکه آن‌ها را در برابر شعله‌های آتش مقاوم ساخته و یا در پشت موانعی مانند گچ دیوار، ورق فلزی یا بتن پنهان نمود.

اما اکنون محققان در اسپانیا دریافته‌اند که پلی‌استایرنی که ذرات بسیار ریز آهن را با یک ماتریس سیلیکایی متخلخل ترکیب می‌کند، احتمال بسیار کم‌تری دارد که به هنگام گرم شدن دچار آتش‌سوزی یا دود شود. تکنیک این محققان که دمای انتقال شیشه پلی‌استایرن را کمی افزایش می‌دهد، ممکن است برای بهبود پایداری اکسایش حرارتی و به طور کلی بازدارندگی آتش در پلیمرها مورد استفاده قرار گیرد. این امر حائز اهمیت است، زیرا مواد پلی‌استایرن به صورت فوم که به طور تصادفی مشتعل شده‌اند در گذشته منجر به حوادث جدی از جمله آتش‌سوزی در فرودگاه بین‌المللی دوسلدورف شده است.

نانو پرکننده‌ها باعث بهبود پایداری حرارتی و خواص ضد حریق می‌شوند.

تحقیقات گذشته نشان داده است که پایداری حرارتی و خواص مقاوم به آتش در پلی‌استایرن هنگامی که نانو پرکننده‌ها در مواد گنجانده شوند بهبود می‌یابد.

در یکی از تحقیقات گذشته، دی یی وانگ از موسسه مواد IMDEA در مادرید و همکارانش نشان دادند که یک سیلیکای متخلخل معروف به SBA-15 از این لحاظ که به دلیل داشتن منافذ قابل تنظیم که می‌تواند با سایر ترکیبات عامل‌دار شود، گزینه مناسبی است. در پلی‌استایرن حاوی SBA-15 اصلاح شده با اکسید کبالت (Co3O4)، به عنوان مثال، مواد شیمیایی آلی فرار که هنگام گرم شدن مواد کامپوزیتی تولید می‌شوند، در منافذ حبس شده و سپس به تدریج آزاد می‌شوند- افزایش پایداری حرارتی مواد ملاحظه می‌شود.

در کار جدید خود، وانگ و همکارانش با افزودن دوپامین هیدروکلراید به پودر SBA-15، واکنش محلولی به مدت 12 ساعت را شروع کردند. پس از آن زمان، دوپامین به پلی‌دوپامین (PDA) تبدیل شد. آن‌ها محصول حاصل (نشان داده شده با SBA-15@PDA) را قبل از خشک شدن در دمای 80 درجه سانتی‌گراد در طول شب پاک‌سازی و فیلتر کردند.

این تیم سپس محلول آبی نیترات آهن-Fe (NO₃)₃-را به SBA-15@PDA اضافه کردند و دو جزء را به مدت 24 ساعت با استفاده از همزن مغناطیسی مخلوط کردند. این اطمینان حاصل گردید که یون‌های ⁺Fe₃ به طور کامل در منافذ SBA-15 پخش شده و با ساختار PDA هماهنگ شده است. پس از چندین مرحله پردازش بیش‌تر، آن‌ها کامپوزیت SBA-15@PDA@Fe را به شکل‌های مختلف پرس داغ کردند تا بتوانند رفتار حرارتی و احتراق آن را آزمایش کنند.

تجزیه و تحلیل مواد آلی فرار و رفتار احتراق

محققان، مواد آلی فرار تولید شده پس از قرار دادن نمونه‌های آزمایش خود در معرض حرارت را تجزیه و تحلیل کردند. آن‌ها این کار را با استفاده از طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز در آنالیزگر گرماسنجی انجام دادند. آن‌ها همچنین رفتار احتراق مواد را با اندازه‌گیری شاخص به اصطلاح محدودکننده‌ اکسیژن (LOI) و با استفاده از آزمون گرماسنج مخروطی (CCT)، که شامل گرم‌کردن نمونه‌ها در یک بوته از دمای اتاق تا 800 درجه‌سانتی‌گراد با نرخ 10 درجه سانتی‌گراد در دقیقه بود را مطالعه نمودند.

در مقایسه با کامپوزیت‌های پلی‌استایرن خالص حاوی تنها SBA-15، ترکیبات حاوی SBA-15@PDA@Fe تمایل قوی‌تری نسبت به مواد فرار هوازی نسبت به ترکیبات بی‌هوازی دارند. این امر تأخیر در انتشار محصولات تجزیه شده از طریق اکسایش را به همراه داشته است و در نتیجه پایداری اکسایش حرارتی را بهبود می بخشد. علاوه بر این، SBA-15@PDA@Fe، LOI (1.7) را بهبود می‌بخشد، به این معنی که مواد تغییر یافته دود کم‌تری تولید می‌کنند. دمای انتقال شیشه مواد (یعنی دمایی که از حالت جامد به حالت دارای قابلیت جریان می‌رسد) نیز حدود 10 درجه سانتی‌گراد بیش‌تر از پلی‌استایرن خالص بود، و باز هم نشان داد که این کامپوزیت از نظر حرارتی پایدارتر است.

منبع خبر