אש תמיד הייתה אחד האיומים החמורים ביותר על החברה האנושית. ככל שמבנים, מערכות תחבורה, טקסטיל, מוצרי חשמל וחומרים פולימריים הפכו נפוצים יותר ויותר, הדרישה לשיפור ביצועי האש המשיכה לגדול.
חשוב להבחין בין חומרים מעכבי בעירה- לבין חומרים בלתי- דליקים לחלוטין. המטרה של טכנולוגיית מעכבי בעירה- היא להפחית את הסבירות להתלקחות, להאט את התפשטות הלהבות, להגביל את שחרור החום ולספק יותר זמן לפינוי וכיבוי אש.
משכבות הגנה מחימר בשימוש בבניינים עתיקים ועד למערכות מודרניות יציבות, ננו מרוכבים וטכנולוגיות-נמוכות בעשן,-לרעילות, הפיתוח של חומרים עמידים-אש היה תהליך ארוך של חקירה מתמשכת.
1. חומרי איטום אש סיניים עתיקים והגנת מבנים
סין החלה לחקור שיטות הגנה מפני אש בשלב מוקדם מאוד.
באתר הארכיאולוגי דאדיוואן בק'ינאן, מחוז גאנסו, שראשיתו כ-5,000 עד 8,000 שנים, הניחו בנאים עתיקים שכבות של אדמה סביב עמודי עץ במבני ציבור גדולים והחילו חומרים צמנטיים מגנים על פני השטח של מבני עץ. שיטות עבודה אלה עשויות להיחשב כצורות מוקדמות של הגנה מפני אש אדריכלית.
בתקופת האביב והסתיו, אנשים כבר זיהו שהסרת מבנים קטנים יותר, ציפוי מבנים גדולים יותר ויצירת אזורי הפרדה יכולים לעזור להאט את התפשטות האש.
בתקופות האביב והסתיו והמדינות הלוחמות, הפילוסוף הסיני מוזי הציע מספר אמצעי מניעה וכיבוי שריפות. אלה כללו ציפוי שערי עיר ומבנים בבוץ, הכנת מים-לנושא כלים מבד קנבוס, שימוש במיכלי עור כדי להחזיק מים והתקנת מתקני אחסון מים במגדלי הגנה.
אמצעים אלו שיקפו גישה משולבת מוקדמת ששילבה טיפול משטח-עמיד בפני אש, עיצוב מבנים וציוד כיבוי אש.
עד לשושלת יואן, המדען החקלאי וואנג ג'ן סיפק דיון שיטתי יחסית בבניית הגנה מפני אש בעבודתונונג שו, אוספר החקלאות. הוא כתב:
אש גדלה כשהיא פוגשת עץ, נכבית על ידי מים ומסתיימת כשהיא מגיעה לאדמה.
Wang Zhen גם תיעד חומר עמיד בפני אש- העשוי ממרכיבים כגון לבנים כתושות, חימר, שמן טונג, אבקת פחם וליים, מעורבב עם משחת אורז דביקה. החומר סיפק כיסוי פני השטח, בידוד תרמי והגנה, ועשוי להיחשב כציפוי מגן-סיני מרוכב מוקדם.
למרות שהפרקטיקות ההיסטוריות הללו עדיין לא היוו מערכת כימית מודרנית-מעכבת בעירה, הן כבר הדגימו מספר עקרונות חשובים: בידוד חומרים דליקים מהאוויר, הפחתת העברת חום, כיסוי מצעים דליקים ומניעת חשיפה ישירה ללהבה.
2. חקירה מערבית מוקדמת של להבה-טיפול מעכב
ניתן לעקוב אחר תיעוד של טיפול ב-מעכב בעירה במערב לימי קדם.
על פי דיווחים היסטוריים מיוון העתיקה, עץ טופל בתמיסות מבוססות אלום- בסביבות 450 לפני הספירה כדי להפחית את דליקותו. מאוחר יותר הרומאים שיפרו את התהליך על ידי הוספת חומרים כמו חומץ לתמיסת הטיפול, ועזרו לשפר את עמידותו ויעילותו.
במאה הראשונה לפני הספירה, שיטות מעכבי בעירה-כבר יושמו בהגנה צבאית. לפי הדיווחים, נעשה שימוש בפתרונות מבוססי אלום- לטיפול בביצורי עץ, בעוד ציפויים העשויים מחימר וסיבים- מוחזקים כדי להגן על ציוד מצור מעץ מפני שריפה.
בשנת 1638, מעצב הבמה והאדריכל האיטלקי ניקולה סבאטיני הציע להוסיף חימר וגבס לציפויים המשמשים על וילונות תיאטרון כדי להפחית את סכנת השריפה שלהם. יישום זה מראה כיצד סכנות שריפה במבני ציבור עזרו להניע את הפיתוח המוקדם של טכנולוגיות מעכבי בעירה-.
בשנת 1735 הונפק פטנט בריטי לטיפול בעץ ובטקסטיל באמצעות אלום, בורקס וסולפט ברזל. עד סוף המאה השמונה עשרה, תרכובות כגון אמוניום גופרתי נחקרו גם כמרכיבים של ניסוחים מעכבי בעירה.-
3. היווצרותה של להבה מודרנית-מדע מעכב
המאה התשע-עשרה סימנה מעבר חשוב מניסיון-בנוהלי איטום אש למחקר מדעי.
בשנת 1821, הכימאי הצרפתי JL Gay-Lussac הוזמן לחקור שיטות להפחתת דליקותם של וילונות תיאטרון. הוא מצא שמלחי אמוניום של חומצות גופרית, הידרוכלוריות וזרחתיות יכולים לשפר את עמידות הלהבה של קנבוס ופשתן.
הוא גם הבחין ששילובים של אמוניום כלוריד, חומצה זרחתית ובורקס יכולים לשפר עוד יותר את הביצועים של מעכבי בעירה-.
עבודה זו נחשבת באופן נרחב כנקודת התחלה חשובה במחקר המדעי של סיבים ותכשירים מעכבי בעירה-. העיקרון הבסיסי שלו-השימוש בתרכובות המכילות זרחן- וחנקן-לקידום התייבשות ויצירת פחם-נשאר רלוונטי לטכנולוגיה של מעכבי בעירה-כיום.
בסביבות 1859, תרכובות הכוללות אמוניום פוספט, אמוניום כלוריד, בורקס, אמוניום סולפט ומלחי סטנאט יושמו עוד על טיפול מעכב בעירה- של טקסטיל.
באמצעות הספגה, ציפוי והיווצרות שכבות הגנה אנאורגניות על משטחי סיבים, ניתן לשפר את התנהגות הבעירה של בדים.
במהלך תקופה זו, מחקר מעכבי בעירה- עבר בהדרגה מהשימוש בחומרים בודדים לניסוחים מרוכבים, תגובות כימיות וטכנולוגיות-לטיפול פני השטח.
4. פיתוח תעשייתי במאה העשרים
עם הצמיחה המהירה של פלסטיק, גומי סינטטי וסיבים סינתטיים במאה העשרים, טכנולוגיית מעכבי בעירה-הפכה לחלק חשוב יותר ויותר בתעשיית החומרים.
חומרים פולימריים רבים קלים להדלקה, נשרפים במהירות ומשחררים כמויות גדולות של חום. כתוצאה מכך, שיפור ביצועי האש שלהם הפך לאתגר טכני גדול.
בתחילת המאה העשרים, גומי כלור נכנס לשלב המחקר והתיעוש. בסביבות 1913, מלחי סטנאטים ומלחי אמוניום שימשו לטיפול ב-מעכב בעירה טקסטיל.
בשנות ה-30 החלו להשתמש במערכות סינרגיות המבוססות על פרפין עם כלור ותחמוצת אנטימון בחומרים מעכבי בעירה. תרכובות הלוגן סייעו לעכב תגובות רדיקלים חופשיות בלהבה, בעוד תחמוצת אנטימון הגדילה את יעילותן.
מערכות אלו היו בשימוש נרחב במשך שנים רבות בפלסטיק, גומי, ציפויים וטקסטיל.
במהלך אותה תקופה, החלו להופיע ציפויי הגנה-אי-אורגניים באש המבוססים על קלסרים לזכוכית מים וחומרי מילוי מינרליים. מאוחר יותר פיתחו חוקרים ציפויים שהתרחבו ויצרו שכבת פחם מגן תחת חום, והניחו את הבסיס לציפויי מגן מודרניים-של אש.
במהלך מלחמת העולם השנייה, הביקוש לאוהלים צבאיים וחומרי קנבס עם עמידות בפני להבות ועמידות בפני מים האיצה עוד יותר את הפיתוח של מערכות ציפוי מעכבות בעירה המבוססות על פרפין כלורי, תחמוצת אנטימון וקשרים.
5. הפיתוח של מערכות מעכבות להבה-
בסוף שנות ה-40, חוקרים החלו להשתמש במונח "התנפחות" כדי לתאר את ההתרחבות וההקצפה המתרחשות כאשר פולימרים מסוימים מעכבי בעירה-נחשפים לחום או אש.
בין 1948 ל-1950 בקירוב, המבנה הבסיסי של מערכות מעכבי להבה-מתבהרות יותר, מה שהוביל למושגים של מקור חומצה, מקור פחמן ומקור נושף.
· המקור חומצהמעודד התייבשות ופחמימה.
· המקור פחמןמהווה את המסגרת של שכבת הפחם המגן.
· המקור נושבמשחרר גזים המרחיבים את הפחם למבנה נקבובי.
כאשר החומר נחשף ללהבה או לטמפרטורה גבוהה, השכבה העולה מכסה את המצע ומגבילה את העברת החום, החמצן ומוצרי הפירוק הדליקים. זה מאט את החימום והשריפה של החומר הבסיסי.
בשנות ה-70, החוקרים הוכיחו עוד כי היווצרות שכבת פחם יציבה במהלך בעירת פולימר יכולה לשפר משמעותית את ביצועי מעכב הלהבה-.
האפקט המגן של הפחם הפך אפוא לחלק חשוב בתיאוריית מעכבי הלהבה-המעובה של השלב-.
בשנת 1989, G. Camino וחוקרים אחרים פרסמו מחקרים שיטתיים על מערכות מעכבי בעירה-יפוחות, שעזרו לקדם הן את ההבנה התיאורטית והן את היישום המעשי שלהן.
6. המעבר לעבר מערכות מורכבות-בעלות ביצועים גבוהים
לאחר שנות ה-50, החלו להופיע מונומרים מעכבי בעירה-תגובתיים ושרף מעכבי בעירה-.
בניגוד למעכבי בעירה תוספים, מעכבי בעירה תגובתיים יכולים להשתלב כימית במבנה המולקולרי של פולימר. זה יכול לשפר את העמידות ולהפחית את ההגירה או האובדן של רכיבים מעכבי בעירה- במהלך השימוש.
משנות ה-60 ואילך, מעכבי בעירה ארומטיים הלוגניים נכנסו לשימוש מסחרי, וחומרים מעכבי בעירה- עברו בהדרגה לייצור תעשייתי-בקנה מידה גדול.
בשנות ה-80, הפיתוח של חומרים ננומרוכבים פתח כיוון חדש למחקר מעכבי בעירה-.
חלק מהננו-חומרים יכולים לשפר את היציבות התרמית, לקדם היווצרות של שכבות הגנה ולהפחית את שיעורי -שחרור חום ומסה- ברמות טעינה נמוכות יחסית.
חומרים מעכבי בעירה- מודרניים אינם מסתמכים עוד על תוסף אחד. במקום זאת, הם משלבים מנגנונים מרובים, כולל:
· עיכוב תגובות שרשרת בעירה בשלב הגז;
· קידום היווצרות פחם בשלב המעובה;
· הפחתת העברת חום באמצעות שכבות בידוד;
· הגבלת תנועת חמצן וגזים דליקים עם מחסומים אנאורגניים;
· הפחתת עשן דרך-מערכות מדכאות עשן;
· שיפור מבנה הפחם והיציבות התרמית עם ננו-חומרים.
7. תקנות ותקנים מובילים לשיפורים בבטיחות אש
במחצית השנייה של המאה העשרים, פלסטיק, גומי סינטטי וסיבים סינתטיים הפכו לשימוש נרחב במבנים, תחבורה, רהיטים, מוצרי חשמל ומוצרי צריכה.
במקביל, סיכוני השריפה הקשורים לחומרים פולימריים זכו לתשומת לב גוברת.
משנות ה-60 ואילך, ארצות הברית, אירופה ואזורים אחרים הציגו בהדרגה דרישות תעשייתיות, תקני מוצר ותקנות בטיחות הנוגעות לדליקות חומרים.
לכן, שיפור עמידות הלהבות התפתח מפעולה וולונטרית של יצרנים לדרישת גישה-חובה לשוק עבור מוצרים מסוימים.
כיום, דרישות-מעכב בעירה ועמידות-אש חלות על מגוון רחב של תעשיות, כולל:
· חומרי בניין ובנייה;
· טקסטיל;
· רהיטים ומזרונים;
· כלי רכב ותחבורה ברכבת;
· תעופה וחלל;
· חוטים וכבלים;
· ציוד חשמלי ואלקטרוני;
· מערכות חדשות-לסוללות אנרגיה.
יישומים שונים דורשים רמות וסוגים שונים של ביצועי אש.
בנוסף לעמידות בפני הצתה, ייתכן שיהיה צורך להעריך חומרים לגבי התפשטות להבה, שחרור חום, ייצור עשן, רעילות, טיפות בוערות, שלמות המעגל, עמידות באש ועמידות-לטווח ארוך.
8. הערך המעשי של חומרים מעכבי בעירה-
המטרה של טכנולוגיה מעכבת בעירה- אינה להבטיח שחומר לעולם לא יישרף בשום תנאי.
הערך שלו טמון בשליטה בהתנהגות הבעירה ובהפחתת הסבירות ששריפה תתחיל, תתפשט או תחריף.
עיצוב מעכב בעירה- יעיל יכול לעכב את ההצתה והתפשטות הלהבה, להפחית את קצב שחרור-החום, להגביל אובדן חומרים ולספק יותר זמן לפינוי, כיבוי אש והגנה על רכוש.
ככל שדרישות בטיחות האש -ממשיכות להתפתח, טכנולוגיות מעכבי בעירה- מודרניות שמות דגש רב יותר על איזון ביצועי אש עם דיכוי עשן, רעילות נמוכה, תאימות סביבתית, עמידות ותכונות מכניות.
לכן יש לאמת את הביצועים של מעכבי בעירה- באמצעות בדיקות סטנדרטיות במקום לשפוט רק לפי שם חומר, הרכב כימי או הצהרת ספק.
