تکمیل ضد آتش تنها برای انواعی از منسوجات که دمای اشتعال پایینی دارند به کار برده می شود . برای آنکه بتوان یک تکمیل ضد آتش را به درستی درک کرد در ابتدا باید مکانیزم سوختن را بررسی نماییم .
اولین نکته ای که می توان به ان اشاره نمود آن است که سوختن یک واکنش شیمیایی است که برای رخ دادن به سه عامل اکسیژن، گرما و ماده سوختی مناسب نیاز دارد . اگر به هر دلیلی سوختن شروع شود معمولاً واکنش خودش را کاتالیز کرده و به آن ادامه می دهد تا زمانی که یکی از عوامل فوق از منطقه در حال سوختن خارج شود .
زمانی که الیاف تحت حرارت قرار می گیرند دمایشان افزایش می یابد تا زمانی که به دمای پیرولیز میرسند . در این دما زنجیره های مولکولی الیاف تجزیه شده وترکیبی از گاز های غیر قابل اشتعال (دی اکسید کربن ، بخار آب ، ترکیبات اکسیده نیتروژن و گرگرد ) و ذغال و همچنین گاز های قابل اشتعال (مونوکسید کربن ،هیدروژن و تعداد زیادی از مواد آلی قابل اشتعال )را تولید میکنند . با افغزایش دما این روند ادامه داشته و میزان بیشتری از این مواد تولید می شود تا جایی که به دمای اشتعال Tc می رسد . در این دما گاز های قابل اشتعال تولید شده با اکسیژن هوا ترکیب شده و یک سری از واکنش های رادیکالی شکل می گیرد .
در طی این فر آیند که گرماده است مقدار زیادی نور و حرارت آزاد می شود . بنابر این مقدار انرژی بیشتری برای پیرولیز الیاف و تولید گاز های قابل اشتعال در اختار قرار گرفته و واکنش به این ترتیب شدت می یابد .
بنابر این برای ضد آتش کردن و یا به بیان درست تر مقاوم کردن کالا در مقابل آتش باید به یک ترتیب این چرخه را شکست که در تکمیل از روشهای مختلفی برای این کار کمک گرفته می شود .
یکی از این روشها آن است که از موادی در الیاف استفاده شود که دارای فرآیند تجزیه شیمیایی گرماگیر باشند . اگر میزان جذب حررت این مواد برای تجزیه به حدی باشد که دما را به زیر دمای پیرولیز کاهش دهد واکنش متوقف خواهد شد .مثال این روش را می توان به استفاده از هیدروکسید آلومینیوم و یا کربنات کلسیم اسم بر د
روش دیگر استفاده از موادی است که در دمای اندکی کمتر از دمای پیرولیز لایه ای غیر قابل نفوذ را روی کالا تشکیل دهند تا زا خارج شدن گاز های تشکیل شده در دمای پیرولیز جلوگیری کرده اجازه ترکیب شدن آنها با اکسیژن هوا را ندهد . اسید بوریک و نمک های هیدراته آن این خاصیت را دارند . این مواد در مجاورت حررت دمای ذوب پایینی داشته بخار آب از دست می دهند و یک لایه شیشه ای مانند روی کالا ایجاد میکنند .
روش سومی که مورد استفاده قرار میگیرد آن است که واکنش پیرولیز را طوری کنترل کنیم تا گاز های قابل اشتعال و فرار کمتری تولید شده و در ازای آن میزان ذغال بیشتری شکل بگیرد . این عمل می تواند توسط ترکیبات فسفر دار صورت بگیرد . اگر اسید فسفریک را در مجاورت کالا سلولزی مورد حرارت قرار دهیم با گروههای هیدروکسیل واکنش داده و در نتیجه جلو تشکیل مواد جانبی کمتری در طی فرآیند پیرولیز می شود .
در ضمن اسید قوی چون فسفریک اسید باعث می شود که اتم کربن شماره 6 سلولز مورد واکنش قرار گرفته و درگر قادر به تولید لوگلوکوزان نشود . این ماده به سرعت تجزیه شده و کاز های فرار تولید میکند . پس با این روش ما فرآیند پیرولیز را به سمت تولید ذغال بیشتر سوق داده ایم . فسفریک اسید به صورت متداول برای کند کننده آتش گیری پنبه به کار میرود.
در چهارمین روش می توان از هالوژن ها استفاده نمود . این مواد در حرارت بالا آزاد شده و با رادیکال های آزاد تشکیل شده واکنش داده و آنها را به مواد پایدار تبدیل می کنند و به این ترتیب به واکنش رادیکالی سوختن پایان میدهند و یا آن را کند میکنند .
تکمیل های استفاده شده برای ضد آتش کردن کالا سلولزی از نظر دوام به چند دسته تقسیم می شوند .
تگمیل های بدون دوام (یک بار مصرف):
نمک های معدنی چون مخلوط بوراکس و سولفات آمونیم می تواند کالا را در مقابل آتش مقاوم کند که البته برای کالاهایی گاربرد دارد که در معرض آب ، باران و یا عرق بدن قرارنگیرند .مقدار برداشت 10% از این مواد لازم می باشد .
استفاده از نمک های آمونیوم به همراه یک اسید قوی بالاخص فسفریک اسید نیز به منظور کاهش سرعت اشتعال به کار می رود .
تکمیل های پایدار ضد آتش :
ترکیباتی بر پایه فسفر و نیتروژن که قادر باشند با الیاف نیز واکنش داده پیوند کووالانس ایجاد کنند به عنوان ضد آتش پایدار استفاده می شوند . ترکیبی از اسید فسفریک و اوره این قابلیت را دارند . همچنین می توان به ترکیباتی چون تتراکیس فوسفونیوم کلراید (THPC)نیز نام برد .
تست ضد آتش :
به منظور تست نمونه ها را به ابعاد 3×6 سانتی متر بریده و بر روی شعله قرار میدهیم و رفتار آن را در داخل شعله و بعد از خارج کردن آن از شعله بررسی میکنیم . موارد یچون زمان سوختن ، رنگ شعله و پس فروزش از موارد مهم می باشد .
در آزمایشگاه به عنوان تکمیل موقت یک با ر از اسیدفسفریک و یک بار از براکس استفاده کرده بعد از 10 دقیقه عمل کردن در دمای محیط و با برداشت 100% پارچه را پد میکنیم سپس در دمای 60 درجه نمونه رار خشک می کنیم . نتایج تست ضد آتش در جدولی ارائه شده است .
برای تهیه یک نمونه با دوام از مخلوط فسفریک اسید و اوره استفاده شد . اوره از آنجایی که دارای نیتروژن است خود خاصیت ضد آتش کنندگی دارد در این روش از محلول 4 مول بر لیتر اوره و 1 مول بر لیتر اسید فسفریک استفاده شد . بعد از 10 دقیقه عمل کردن پارچه در دمای محیط با برداشت 100% پد کرده نمونه را در دمای 60 درجه خشک میکنیم آنگاه آن را در دمای 125 درجه و به مدت 5 دقیقه پخت انجام میدهیم تا تکمیل به صورت پایدار درآید .
نتایج بدست آمده حاکی از آن است که روش اسید فسفریک و اوره هم بادوام است و هم بهترین نتیجه را در ضد آتش کردن کالا دارد .
البته باید توجه راشت که اضافه کردن 10% وزن کالا از مواد ضد آتش به کالا هم آن را گران قیمت میکند و هم زیر دست کالا را خراب خواهد کرد .
تکمیل منسوجات مقاوم در برابر آتش
الیاف مختلف از نظر قابلیت اشتعال با یکدیگر متفاوت هستند. از جمله الیاف بسیار آتش گیر می توان به سلولز اشاره کرد. پارچه های تهیه شده از الیاف طبیعی مانند پنبه و کتان بدون انجام فرآیند تکمیل کندسوز به آسانی و سریع آتش می گیرند.
در صنعت نساجی به منظور بهبود خواص یا ایجاد خصوصیت های جدید در آنها می توان از تکمیل هایی شیمیایی یا فیزیکی استفاده کرد. تکمیل ضد آتش یا کندسوز ، تکمیلی است که مقاومت پارچه را نسبت به اشتعال افزایش می دهد. ترکیبات ضد آتش، به منظور کاهش ایجاد احتراق و یا کاهش نفوذ شعله به درون ماده مورد استفاده قرار می گیرند.
با پیشرفت نانو فناوری، چشم انداز جدیدی در تکمیل شیمیایی منسوجات ایجاد شد؛ که با استفاده از مواد با ابعاد بزرگ تر دستیابی به خصوصیاتی نظیر خودتمیزشوندگی امکان پذیر نبود. استفاده از پوشش های نانومتری بر منسوجات تاثیر نامطلوب بر زیردست و خواص اصلی منسوجات تکمیل شده ندارد. با استفاده از نانو مواد و ساختارهای نانومتری گستره وسیعی از خصوصیات را می توان در منسوجات پوشش داده شده به وجود آورد. این پوشش دهی ها می تواند به منظور ایجاد خصوصیاتی همچون منسوجات کندسوز برای جلوگیری از شعله ور شدن منسوجات باشد.
تکمیل ضد آتش یا کندسوز ، تکمیلی است که مقاومت پارچه را نسبت به اشتعال افزایش می دهد. نمک های آلومینیوم، بور، ازت، برم و یا ترکیبات فسفردار، مواد آلی کلر دار و یا اکسید سایر فلزات از جمله ترکیبات مورد استفاده می باشند. امروزه با پیشرفت فناوری نانو، برخی مواد نانو ساختار نیز در کندسوز کردن منسوجات به کار گرفته می شوند.
الیاف مصنوعی مورد استفاده در صنعت نساجی به طور عمده از پلیمر ها تولید می شوند. پلیمر ها به دلیل دارا بودن ساختار شیمیایی که عمدتاً شامل هیدروژن و کربن است، قابلیت شعله وری دارند. واکنش شعله وری اغلب در اثر شکسته شدن پیوندها در پی افزایش دمای ماده پلیمری، ناشی از یک منبع حرارت داخلی یا خارجی، آغاز می شود. اجزای فرار حاصل از تجزیه پلیمر در هوا منتشر شده و مخلوطی از گازها با قابلیت شعله وری (گازهای سوختنی) ایجاد می نماید. با رسیدن مخلوط گاز به دمای احتراق (دمایی که انرژی فعال‌سازی واکنش شعله وری در آن حاصل می شود) اشتعال صورت گرفته و گرما آزاد می شود.
تکمیل منسوجات کندسوز معمولا به دو روش فیزیکی و شیمیایی انجام می شود. سامانه های کندسوز ، به روش فیزیکی از طریق خنک کردن، ایجاد لایه های محافظ و یا رقیق کردن گازهای سوختنی، و یا به روش شیمیایی با واکنش در فاز گازی یا متراکم، عمل می نمایند. این مواد با هدف افزایش زمان شروع احتراق، بهبود خاصیت احتراق خود به خودی در پلیمر ها و کاهش حرارت آزاد شده در حین احتراق به کار می روند.
در رویکرد فیزیکی تکمیل کند سوز منسوجات، تجزیه گرما گیر برخی از مواد تکمیل کننده منسوجات سبب کاهش دمای سامانه تحت اشتعال به کمتر از دمای احتراق می شود. در این میان می توان به موادی همچون هیدروکسید منیزیم یا تری آلومینای آب پوشی شده اشاره کرد. از طرف دیگر رقیق شدن محیط گازی پیرامون سامانه اشتعال با گازهای بی اثر (نظیر بخار آب، دی اکسید کربن، آمونیاک و غیره) ناشی از تجزیه مواد تکمیل کننده، سبب کاهش احتمال اشتعال و دسترسی اکسیژن به ماده سوختنی می شود.
در روش های شیمیایی تکمیل کندسوز، رهایش رادیکال های آزاد (کلر یا بور) می تواند منجر به توقف فرایند احتراق در فاز گازی شود. این رادیکال ها قادر به واکنش با رادیکال های آزاد فعال (هیدروژن و هیدروکسی) و ایجاد ترکیبات با واکنش پذیری کمتر و یا ترکیبات بی اثر می باشند. اصلاح فرایند احتراق سبب کاهش واکنش های گرمازا شده و کاهش دمای سامانه را در پی خواهد داشت. در فاز متراکم، واکنش های شیمیایی می توانند منجر به تسریع گسیختگی زنجیرهای پلیمری و در پی آن خروج قطرات پلیمری ایجاد شده از محدوده شعله شوند و یا با ایجاد خاکستر بر سطح پلیمر به عنوان عایق فیزیکی میان فاز گازی و فاز متراکم عمل نمایند.
از افزودنی های مورد استفاده در کندسوز کردن منسوجات می توان به هرگونه ماده معدنی اشاره کرد که بتواند فرآورده های آتش زا کاهش دهد، هدایت حرارتی و سایر خواص ترمو فیزیکی مواد تولید شده در واکنش سوختن را اصلاح کند و در گرانروی مواد تولید شدهتغییر ایجاد کند. از جمله این مواد می توان به هیدروکسید های فلزی، هیدروکسی کربنات ها، بورات ها، ترکیبات هالوژن دار، ترکیبات فسفردار، ترکیبات نیتروژن دار و ترکیبات سیلیکون دار اشاره کرد. از نانو موادی که در تکمیل کندسوز منسوجات استفاده می شوند می توان به ترکیبات نانورس، نانو لوله های کربنی، نانو ذرات سیلیکونی، نانو ذرات اکسید فلز، دی اکسید تیتانیوم، اکسید آهن و نانو ذرات هیدروکسید فلزی اشاره کرد. استفاده از نانو ذرات، زمانی که به خوبی در ساختار پلیمر دیسپرس شده باشند، می تواند سبب بهبود خواص حرارتی، مکانیکی و مقاومت در برابر آتش شود. مقدار مصرفی از نانو مواد در کاربردهای تکمیلی به مراتب کمتر از موادی با ابعاد میکرو است و این ویژگی ناشی از بیشتر بودن سطح مخصوص مواد نانو ساختار و سطح تماس بیشتر آن ها با پلیمر است. در حقیقت عملکرد هر کدام از این نانو ذرات بر اساس شکل و ساختار شیمیایی در ایجاد خاصیت کند سوزی متفاوت است. به طور کلی مواد نانو ساختار به کار رفته در این تکمیل در سه دسته کلی قرار می گیرند:
– مواد لایه ای؛ نظیر نانو رس (مانند مونت موریلونیت) که به عنوان نانو مواد دو بعدی شناخته می شوند.
– ساختارهای نانو لیفی؛ نظیر نانو لوله های کربن و سِپیولیت (نوعی رس معدنی – منیزیوم سیلیکات) که به عنوان نانو مواد یک بعدی شناخته می شوند.
– ساختارهای نانو ذره ای؛ نظیر نانو ذرات کروی سیلیکا که به عنوان مواد صفر بعدی شناخته می شوند
روش های ارزیابی شعله وری منسوجات
به طور کلی میزان شعله وری پلیمرها از طریق قابلیت آتش پذیری، روند توزیع شعله و میزان حرارت آزاد شده ارزیابی می شود. روش های متفاوتی برای این ارزیابی وجود دارد که رایج ترین روش ها در ادامه بیان شده است.
-شاخص محدود کننده اکسیژن: این شاخص عبارتست از حداقل غلظت اکسیژن در مخلوط اکسیژن/نیتروژن که بتواند به مدت ۳ دقیقه و یا طولی برابر با ۵ سانتیمتر از نمونه را شعله ور نماید.
-اندازه گیری طول سوختگی: در این روش منسوج بر روی قاب نگه داری نمونه قرار داده می شود و به مدت ۱۲ ثانیه در معرض شعله قرار داده می شود.
نکته ۱۲۰۶ – در عملیات تکمیل ضد آتش کردن پارچه ٬ هر گز نمی توان پارچه را به صورتی در آورد که اصلا آتش نگیرد .
نکته ۱۲۰۷ – اهداف ضد آتش کردن پارچه در قسمت تکمیل عبارت اند از :
۱- بالابردن نقطه اشتعال الیاف
۲- کم کردن طول شعله حاصل از سوختن
۳- ادامه ندادن به سوختن الیاف با حذف منبع آتش .
۴- کاهش سرعت حرکت آتش بر روی کالا .
نکته ۱۲۰۸ – روش های ضد آتش کردن کالای نساجی عبارت اند از :
۱- کاهش درجه حرارت آتش به وسیله ی مواد جاذب الرطوبه مانند استفاده از نمک های معدنی .
۲- پوشاندن کالا با یک ماده ی غیر قابل اشتعال .
۳- تولید خاکستر غیرقابل اشتعال در اثر ترکیب ماده با کالا .
۴- آزاد شدن گاز خاموش کننده ی آتش در اثر سوختن الیاف .
۵- تغییر تجزیه شیمیایی الیاف در اثر حرارت ٬ به طوری که پس از تجزیه قابلیت اشتعال کم تری داشته باشد .
نکته ۱۲۰۹ - خواص اشتعال پذیری الیاف اکریلیک ٬ پنبه ( سلولزی ) ٬ پلی آمید ٬ پلی استر و پشم به ترتیب از زیاد به کم تغییر می کند.
نکته ۱۲۱۰ – پنبه از نظر اشتعال ٬ مقام دوم را دارد .
نکته ۱۲۴۱ – برای ضد آتش کردن پارچه های سلولزی با استفاده از
سولفات یا فسفات آمونیم را به صورت محلول ۱۵ – ۳۰ ٪ بر روی پارچه اسپری می کنند یا پارچه را به روش فولارد آغشته می نمایند .
نکته ۱۲۴۲ – در روش ضد آتش کردن پارچه سلولزی با استفاده از املاح آمونیم ٬ در اثر حرارت ٬ آمونیاک و اسید آزاد می کنند و چون اسید باعث تجزیه پنبه می شود موجب کاهش خاصیت آتش گیری پنبه شده و از انتشار آتش جلوگیری به عمل می آورد .
نکته ۱۲۴۳ – ضد آتش کردن پارچه های سلولزی در روش استفاده از املاح آمونیم در مقابل شست و شو پایدار نیست .
نکته ۱۲۴۴ – برای ضد آتش کردن پارچه های سلولزی با استفاده از اکسیدهای نامحلول قلع ٬ آنتیموان و تیتان ٬ این مواد را به کمک قلیا روی پارچه رسوب می دهند که سبب می شود دمای اشتعال پارچه بالا برود .
نکته ۱۲۴۵ – ضد آتش کردن پارچه های سلولزی با استفاده از اکسید های نامحلول قلع ٬ آنتیموان و تیتان در مقابل شستشو مقاوم اند.
نکته ۱۲۷۶ – نام تجارتی چند ماده ی ضد آتش کردن پارچه های پنبه ای عبارت اند از :
۱ – ترکیبات برم دار آلی با نام تجارتی
Pyroratex – ۳۸۸۷
۲ – ترکیبات فسفر دار آلی با نام تجارتی
Pyroratex – ep
۳ – ترکیبات فسفر و کلر دار با نام تجارتی
Pyroset
۴ – ترکیبات اسید فسفریک دار با نام تجارتی
Fyrol – ۷۶
نکته ۱۲۷۷ – ماده ی ضد آتش کننده. Calex F مخلوطی از نمک های آمونیم به همراه یک ماده ی نرم کننده است که باعث نرم کردن زیر دست پارچه هم می شود .
نکته ۱۲۷۸ – ماده ی ضد آتش Calex F همراه با هیدروکسید آمونیم و از طریق فولارد به پارچه منتقل و سپس کالا را در دمای ۹۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد خشک می کنند .
نکته ۱۲۷۹ – فولارد و رمق کشی مواد ضد آتش به سه روش زیر صورت می گیرد :
ا – روش افشانه یا اسپری کردن .
۲- روش رمق کشی .
۳- روش فولارد کردن.
نکته ۱۲۸۰ – در روش اسپری کردن جهت ضد آتش کردن پارچه ٬ ابتدا مواد را در آب حل کرده و سپس محلول به دست آمده را با وسائل افشاننده بر روی پارچه می پاشند و آنگاه پارچه را در دمای مناسب خشک می کنند .
نکته ۱۳۱۱ – در آغشته سازی مواد ضد آتش به روش رمق کشی ٬ کالا را مانند رنگرزی در محلول قرار می دهند .
نکته ۱۳۱۲ – در آغشته سازی مواد ضد آتش به روش فولارد ٬کالا پس از عبور از حمام ٬ پد می شود و سپس خشک می گردد .
نکته ۵
۱۲۶ – مورد مصرف تکمیل ضد آتش بیشتر برای پارچه های سلولزی می باشد .
نکته ۵۱۲۷ – ترکیباتی که برای پارچه های برزنتی ( پارچه های ارتشی ) و همچنین برای پرده های سینما به کار برده می شود ترکیبات فسفری می باشند یعنی حتما باید فسفر همراه داشته باشند .
نکته ۵۱۲۸ – اجسام فسفر دار به طور کلی به سه گروه تقسیم می شوند .
نکته ۵۱۲۹ – مواد فسفر دار گروه اول موادی می باشند که در آب محلول هستند ولی متاسفانه ثبات شستشو در این باره کم است .
نکته ۵۱۳۰ – مواد فسفر دار گروه دوم موادی می باشند که از ترکیب دو جسم گوناگون بر روی پارچه ایجاد می شوند و نامحلول هستند .
نکته ۵۱۶۱ – مواد فسفر دار گروه سوم موادی هستند که توسط بیندر ( رزین های ترموست ) بر روی الیاف می چسبند .
نکته ۵۱۶۲ – مواد فسفر دار باید از دو ویژگی زیر برخوردار باشند :
۱- جلوگیری از توسعه آتش .
۲- جلوگیری از اشتعال بعدی .
نکته ۵۱۶۳ – در سال ۱۷۶۰ گیلوساک متوجه شد که برای ضد آتش کردن پارچه بایستی از ترکیباتی بهره گرفت که این مواد هنگام آتش بخار شود و آتش را خاموش و خفه نماید .
نکته ۵۱۶۴ – مواد خاموش کننده آتش عبارت اند از :
۱- براکس
۲- سولفات آمونیوم .
۳- مخلوطی از اسید بوریک و براکس.
۴- مخلوطی از اسید بوریک و براکس و بی فسفات آمونیوم .
نکته ۵۱۶۵ – مواد خاموش کننده آتش در آب محلول هستند ولی ثبات آن ها خوب نیست.
