Od starověkého Egypta vedl dlouhý boj s ohněm

Objev ohně je často prezentován jako nejdůležitější v dějinách člověka, natolik podmínil vývoj žánru Teplouš. Snížením množství energie potřebné k trávení jídla vedlo vaření zejména ke zvýšení výkonu mozku.

LZdá se, že mistrovství v ohni bylo získáno asi před 400 000 lety i když byly spatřeny mnohem starší stopy používání. S urbanizací se však oheň stal také morem, pokud se nekontrolovaně šíří. Zamysleme se například k velkému požáru Říma v roce 64 našeho letopočtu k katedrále Notre Dame de Paris nebo dokonce k obrovským požárům, které nyní pustoší mnoho zemí.

co je oheň?

Oheň vyžaduje spojení tří prvků: paliva, okysličovadla a zdroje tepla, kterému se říká požární trojúhelník. Tyto prvky interagují ve složitém procesu zahrnujícím fyzikální jevy, jako je přenos tepla a chemické jevy, jako je pyrolýza zdroje paliva nebo spalování produktů pyrolýzy.

Technicky se rozlišuje reakce a odolnost proti ohni. Reakce na oheň se týká hořlavých materiálů, které pravděpodobně uvolňují teplo při svém rozkladu působením teploty a za přítomnosti okysličovadla (nejčastěji kyslíku přítomného ve vzduchu). Požární odolnost se týká schopnosti prvku zachovat si při požáru nosnou funkci a tepelnou izolaci a plynotěsnost a kouřotěsnost. Jako hořlavý materiál používaný jako konstrukční prvek v budovách se dřevo týká těchto dvou aspektů, které vyžadují specifické normy a různé testy.

Pokud jde o hašení, existují dvě strategie, které se vzájemně nevylučují. První počítá s použitím tzv. aktivních zařízení v případě požáru: hasicích přístrojů, detektorů kouře nebo automatických vodních hasicích přístrojů. Druhým je použití materiálů, které co nejméně přispějí k šíření požáru.

protipožární

Mnoho materiálů, jako je většina plastů nebo dřevo, je ze své podstaty vysoce hořlavé a je nutné začlenit aditiva nazývaná zpomalovače hoření, které po zabudování do hořlavého materiálu nebo na jeho povrchu mají změnit jeho chování narušením požárního trojúhelníku. .

Jejich účinky spočívají především v oddálení vzniku plamene, zpomalení rychlosti jeho šíření, snížení výdeje tepla a síly ohně, omezení neprůhlednosti kouře a jeho toxicity. Všechny tyto účinky jsou posuzovány prostřednictvím standardizovaných zkoušek reakce na oheň. Vedou ke klasifikacím, které určují potenciální použití materiálu v dané aplikaci podle předpisů. Univerzální zpomalovač hoření neexistuje. Protipožární systém musí být přizpůsoben materiálu, který má chránit, zejména s ohledem na jeho rozkladný proces. Kromě toho se výběr zpomalovače hoření také řídí výrobním procesem materiálu a nesmí významně měnit očekávané funkční vlastnosti.

Archeologové kladou počátky protipožární ochrany do starověku. Egypťané, kolem roku 400 př.n.l. J.-C., používal minerály k výrobě některých tkanin odolných vůči ohni, jako je bavlna nebo len. Později, během obléhání Pirea (23 př. n. l.) byly použity kamencové roztoky, aby byly dřevěné valy ohnivzdorné. Bylo pak nutné počkat do 18. června 1735, než Angličan Obadiah Wyld podá první patent, patent číslo 551, o ošetřování bavlny. V XNUMX. stol, na žádost francouzského krále Ludvíka XVIII., musel být nalezen účinný systém, jak zabránit požárům v pařížských divadlech osvětlených svíčkami. Joseph Louis Gay-Lussac poté podal patent na použití směsi fosforečnanu amonného, ​​chloridu amonného a boraxu pro protipožární ochranu opon v divadlech.

retardéry hoření

Existuje několik skupin zpomalovačů hoření, založených na různých chemických prvcích a s různými způsoby účinku. Historicky, halogenované molekuly obsahující chlor nebo brom, byly široce používány kvůli jejich účinnosti, a to i v malých množstvích. Tyto molekuly působí tak, že narušují spalovací reakce probíhající v plameni, podporují jeho zhášení a omezují množství uvolněné energie. To se pak nazývá inhibice plamene. Toxická povaha některých halogenovaných sloučenin však vedla k jejich zákazu. Vzhledem k nemožnosti snadného rozlišení při recyklaci bromované molekuly povolených od těch, které jsou zakázané, již není možné recyklovat plasty ohnivzdorné těmito retardéry hoření. Navíc tyto molekuly vedou během požáru k tvorbě neprůhledného a korozivního kouře. Ze všech těchto důvodů je nyní tato skupina retardérů hoření stále více v horkém křesle.

Nahrazuje se především fosforové zpomalovače hoření. Jsou velmi rozmanité, a proto mohou působit podle různých způsobů působení. Hlavním způsobem působení však zůstává podpora zbytkové vrstvy na povrchu paliva, která chrání zvukovou část materiálu. Strategie spočívá v narušení pyrolýzních reakcí (rozklad materiálu působením tepla) a podpoře tvorby uhlíkatého a tepelně stabilního zbytku zvaného „uhel“. Některé zvláště účinné systémy se nazývají bobtnající, protože uhlí tvoří expandovanou, izolační a vysoce ochrannou vrstvu. Tento typ intumescentního systému se používá zejména v nátěrech k ochraně kovových prvků nebo dřeva.

Můžeme také zmínit hydroxidy kovů, které jsou levné, ale proporcionálně méně účinné, a které proto musí být zabudovány ve vysokých dávkách (až 65 % hmotnostních do vnějších plášťů kabelů), aby se dosáhlo znatelného účinku. Tyto částice působením teploty uvolňují endotermickým rozkladem vodu ve formě páry, čímž pomáhají ochlazovat materiál a ředit paliva v plameni.

Existují další chemikálie, například na bázi dusíku (melamin), boru (boritan zinečnatý) nebo cínu (hydroxycíničitan). Nanotechnologie se již patnáct let využívá také v oblasti protipožární ochrany. Nanočástice typu lamelárního jílu nebo uhlíkových nanotrubiček podporují izolační charakter vytvořeného zuhelnatělého materiálu, a to i na nízkých úrovních. Samy o sobě však nestačí k celkové ochraně materiálu.

A dřevo?

Obecně platí, že materiály organického původu (ze živého světa), jako je ropa, dřevo nebo uhlí, mají společné složení bohaté na atomy uhlíku a vodíku, které pravděpodobně podléhají oxidaci. Jsou tedy hořlavé. Dřevo je materiál se složitou strukturou s elementárním chemickým složením tvořeným z poloviny uhlíkem (50 %), kyslíkem (44 %) a malým množstvím vodíku (6 %).

Nepříliš husté dřevo má přirozenou schopnost zuhelnatění, tj. mezi zdravým dřevem a plameny se vytvoří ochranná vrstva zuhelnatělého dřeva. Dřevo při spalování nejprve ztratí vodu, aby při 120°C zcela vyschlo. Pak se jeho struktura se zvyšující se teplotou postupně narušuje. Jeho složky jsou relativně stabilní až do 250 °C, což je teplota, nad kterou je pozorováno uvolňování kouře. Při 320°C je množství plynu takové, že dokáže zapálit dřevo na vzduchu. Pyrolýza probíhá převážně do 500°C, po které zůstane pouze dřevěné uhlí (char), které se může pomalu rozkládat oxidací. Pokud zuhelnatělá vrstva zpomaluje pyrolýzu zvukového podkladu dřeva, je jeho mechanická odolnost naopak zanedbatelná. S postupem pyrolýzy se proto zmenšuje užitečný průřez dřevěného konstrukčního prvku a tím i jeho únosnost.

Zpomalovače hoření používané pro protipožární ochranu dřeva patří do výše uvedených skupin (fosfor, bor, dusík, hydroxidy kovů). Na rozdíl od plastů však není možné tyto přísady integrovat při výrobě dřeva. Ohnivzdornost tedy probíhá ve dvou formách: nanesením povrchového nátěru (barva, lak) a impregnací v jádru dřeva, tedy v duté části – zvané lumen – buněk dřeva, procesem v autoklávu. To zahrnuje naplnění všech lumenů nejprve odplyněním ve vakuu a poté vynucení pronikání zpomalovače hoření přetlakem. Toto komplexnější řešení umožňuje vyhnout se zhoršení samozhášecího charakteru v případě povrchových defektů. V případě nátěru, pokud je pozměněn, již nemůže plnit svou ohnivzdornou roli a v případě požáru ponechává dřevo nechráněné.

Tento článek byl napsán společně s Clémentem Lacostem (IMT – Mines Alès), Laurentem Ferrym (IMT – Mines Alès) a Henrim Vahabim (University of Lorraine).

Rodolphe Sonnier, zástupce mistra báňských škol, IMT Mines Alès – Mines-Telecom Institute

Tento článek je publikován z Konverzace pod licencí Creative Commons. Čístpůvodní článek.

Obrazový kredit: Shutterstock / Pedro Mar