کاهش قابلیت اشتعال پلاستیک‌ها

پلاستیک‌های حاوی مونومرهای کربن و هیدروژن می‌توانند بسیار قابل اشتعال باشند و به‌محض مشتعل‌شدن، گازهای دارای قابلیت اشتعال تولید می‌کنند که می‌تواند آتش را بیش‌تر شعله‌ور کند. به همین دلیل، بسیاری از مواد موجود در این دسته ازجمله پلی‌استایرن، یکی از پرکاربردترین پلاستیک‌های جهان-نمی‌توانند در ساختمان‌سازی مورداستفاده 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 راکمی افزایش می‌دهد، ممکن است برای بهبود پایداری اکسایش حرارتی و به‌طورکلی بازدارندگی آتش در پلیمرها مورداستفاده قرار گیرد. این امر حائز اهمیت است، زیرا مواد پلی‌استایرن به‌صورت فوم که به‌طور تصادفی مشتعل شده‌اند درگذشته منجر به حوادث جدی ازجمله 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 هنگامی‌که نانو پرکننده‌ها در مواد گنجانده شوند بهبود می‌یابد.
دریکی 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 عامل دار شود، گزینه مناسبی است. در پلی‌استایرن حاوی SBA-15 اصلاح‌شده با اکسید کبالت (Co3O4)، به‌عنوان‌مثال، مواد شیمیایی آلی فرار که هنگام گرم شدن مواد کامپوزیتی تولید می‌شوند، در منافذ حبس شده و سپس به‌تدریج 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. پس‌ازآن زمان، دوپامین به پلی‌دوپامین (PDA) تبدیل شد. آن‌ها محصول حاصل (نشان داده‌شده 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 به‌طور کامل در منافذ SBA-15 پخش‌شده 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.

 

تجزیه‌وتحلیل مواد آلی فرار و رفتار احتراق

محققان، مواد آلی فرار تولید شده پس از قرار دادن نمونه‌های آزمایش خود در معرض حرارت را تجزیه‌وتحلیل کردند. آن‌ها این کار را با استفاده از طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز در آنالیزگر گرماسنجی انجام دادند. آن‌ها همچنین رفتار احتراق مواد را با اندازه‌گیری شاخص به‌اصطلاح محدودکننده‌ اکسیژن (LOI) و با استفاده از آزمون گرماسنج مخروطی (CCT)، که شامل گرم کردن نمونه‌ها در یک بوته از دمای اتاق تا 800 درجه سانتی‌گراد 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 تجزیه‌شده از طریق اکسایش را به همراه داشته است و درنتیجه پایداری اکسایش حرارتی را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، SBA-15@PDA@Fe، LOI (1.7) را بهبود می‌بخشد، به این معنی که مواد تغییریافته دود کم‌تری تولید می‌کنند. دمای انتقال شیشه مواد (یعنی دمایی که از حالت‌جامد به حالت دارای قابلیت جریان می‌رسد) نیز حدود 10 درجه سانتی‌گراد بیش‌تر از پلی‌استایرن خالص بود، و بازهم نشان داد که این کامپوزیت ازنظر حرارتی پایدارتر است.

منبع

https://physicsworld.com/a/making-plastics-less-flammable