اصلاح خواص قیر با بازیافت ماسکهای آلوده به ویروس کرونا
جولای 9, 2026
چکیده
برای آببندی ساختمانها و سازههایی که در معرض رطوبت قرار دارند، از عایقهای رطوبتی پیشساخته مطابق استاندارد INSO 3885 استفاده میشود. در میان انواع مختلف این عایقها، عایقهای پایه قیری به دلیل سهولت تولید، چسبندگی مناسب و عملکرد مطلوب، کاربرد گستردهتری نسبت به سایر انواع دارند.
عایق رطوبتی پیشساخته از رزین قیر–پلیمر و یک لایه الیاف مصنوعی بهعنوان بستر تشکیل شده است که مطابق استاندارد INSO 3877 با استفاده از حرارت روی سطح بام نصب شده و از نفوذ آب و رطوبت جلوگیری میکند.
این نوع عایق در دو نوع تکلایه و دولایه تولید میشود. در نوع تکلایه، از لایه پلیاستر یا اسپانباند استفاده میشود و در نوع دولایه، پلیاستر همراه با الیاف شیشه به کار میرود. هر یک از این ساختارها دارای مزایا، محدودیتها و کاربردهای خاص خود هستند.
یکی از مهمترین مشکلات عایقهای رطوبتی پیشساخته، مقاومت حرارتی پایین الیاف پلیاستر هنگام نصب است. در زمان اجرای عایق، حرارت مستقیم مشعل میتواند باعث سوختن لایه پلیاستر شود. از سوی دیگر، در صورت کاهش حرارت برای جلوگیری از این آسیب، اتصال کامل عایق به سطح انجام نشده و احتمال نفوذ آب و رطوبت افزایش مییابد.
در این پژوهش، بهمنظور رفع این مشکل، از پوششهای متورمشونده فسفری–نیتروژنی استفاده شده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان میدهد این پوشش در اثر حرارت، لایهای کربنی روی سطح الیاف ایجاد میکند که مانع انتقال حرارت و رسیدن اکسیژن به محل اشتعال شده و از سوختگی الیاف پلیاستر جلوگیری میکند.
نتایج آزمونهای اشتعالپذیری و آنالیز گرماسنجی (TGA) نیز نشان میدهد ترکیب پیشنهادی قادر است گسترش شعله روی الیاف پلیاستر را بهطور کامل متوقف کند و حتی عملکردی بهتر از ترکیب ضدآتش CCL Flac EVO شرکت DYSTAR داشته باشد. همچنین نتایج آزمون ویژگیهای منسوج پلیاستر نبافته مطابق استاندارد INSO 3889 نشان میدهد این عملیات هیچ تأثیر منفی بر خواص فیزیکی پلیاستر ندارد.
کلمات کلیدی: عایق رطوبتی پیشساخته، الیاف پلیاستر، پوشش متورمشونده، پایداری حرارتی
مقدمه
اهمیت افزایش مقاومت حرارتی الیاف پلیاستر
روشهای مختلفی برای تولید الیاف پلیاستر مقاوم در برابر آتش وجود دارد که از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اصلاح سطحی الیاف
- استفاده از افزودنیهای تأخیرانداز شعله
- فناوری نانوکامپوزیت
- تولید الیاف پلیاستر مقاوم در برابر حرارت
- استفاده از مواد بازدارنده آتش
در میان این روشها، اصلاح سطحی مزایای قابلتوجهی دارد؛ زیرا بدون ایجاد تغییر در خواص ذاتی الیاف، قابلیت اجرا روی انواع پلیاستر با وزنهای مختلف را داشته و از نظر فرآیند تولید نیز روشی ساده و کاربردی محسوب میشود.
به همین دلیل، در این پژوهش از پوششهای متورمشونده استفاده شده است. این پوششها برخلاف روشهای غیرفعال، با یک مکانیزم فعال فرآیند سوختن و تخریب الیاف پلیاستر را متوقف میکنند.
مکانیزم عملکرد پوشش متورمشونده
مطابق نتایج این پژوهش، در اثر افزایش دما، لایهای زغالی روی سطح پلیاستر تشکیل میشود که با افزایش حرارت، چگالی آن کاهش پیدا میکند.
این لایه کربنی بهعنوان یک سد فیزیکی عمل کرده و انتقال حرارت به الیاف پلیاستر را کاهش میدهد. در نتیجه، مقاومت حرارتی موردنیاز برای استفاده از پلیاستر در عایقهای رطوبتی پیشساخته تأمین میشود.
در سالهای اخیر، استفاده از پوششهای ضدآتش متورمشونده حاوی ترکیبات فسفری–نیتروژنی برای محافظت از انواع الیاف در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته است.
در این تحقیق نیز از آمونیوم کلرید و آمونیوم فسفات بهعنوان پوشش متورمشونده و از یک ماده شوینده جهت کاهش کشش سطحی استفاده شده است.
روش تحقیق
آمادهسازی الیاف پلیاستر
در این روش، ابتدا لایه الیاف پلیاستر با رزین تهیهشده از آمونیوم کلرید و آمونیوم فسفات آغشته میشود. پس از آمادهسازی رزین، محلول روی سطح الیاف اسپری شده و سپس برای تثبیت شرایط ایجادشده، الیاف وارد خشککن میشوند.
استفاده از سورفکتانت برای بهبود پوششدهی
بهمنظور کاهش کشش سطحی رزین روی الیاف پلیاستر، از یک ماده شوینده (سورفکتانت) استفاده شده است تا رزین از حالت غیرمرطوبکننده به حالت مرطوبکننده تبدیل شود.
این فرآیند باعث میشود رزین با سرعت و یکنواختی بیشتری سطح الیاف پلیاستر را پوشش دهد و کیفیت پوشش افزایش یابد.
عملکرد پوشش محافظ حرارتی
پوشش ایجادشده با تشکیل یک لایه محافظ روی الیاف پلیاستر، اثر مستقیم حرارت را کاهش داده و از سوراخ شدن لایه پلیاستر در هنگام اجرای عایق رطوبتی پیشساخته روی بام، مطابق استاندارد INSO 3877، جلوگیری میکند.
در این مقاله، بررسی تحمل حرارتی الیاف پلیاستر بهعنوان نخستین گام برای ارزیابی اهمیت مقاومت حرارتی این الیاف انجام شده است. نتایج نشان میدهد تشکیل لایه محافظ روی الیاف، مهمترین عامل کنترل دما و افزایش مقاومت حرارتی در برابر شعله محسوب میشود.
نتایج و بحث
پس از اعمال پوشش متورمشونده فسفری–نیتروژنی روی الیاف پلیاستر، عملکرد نمونهها با استفاده از آزمونهای اشتعالپذیری، تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و سایر آزمونهای استاندارد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این ارزیابیها نشان میدهد که پوشش پیشنهادی توانسته است مقاومت حرارتی الیاف پلیاستر را به میزان قابل توجهی افزایش داده و از گسترش شعله جلوگیری کند.
نتایج آزمون اشتعالپذیری عمودی و افقی
نتایج آزمون اشتعالپذیری نشان میدهد نمونه خام الیاف پلیاستر در هنگام قرار گرفتن در معرض شعله، بهطور کامل سوخته و تقریباً تمام جرم خود را از دست میدهد. این کاهش شدید جرم ناشی از خروج حجم زیادی از محصولات فرار حاصل از احتراق و همچنین ذوب و چکه کردن بخش پلیمری در زمان سوختن است.
در مقابل، نمونه اصلاحشده با پوشش ضدآتش رفتار کاملاً متفاوتی از خود نشان داد. این نمونه نهتنها از گسترش شعله جلوگیری کرد، بلکه بخش عمده ساختار الیاف سالم باقی ماند و قسمتهایی که مستقیماً در معرض شعله قرار گرفته بودند، تنها تغییر رنگ داده و سیاه شدند، بدون آنکه کاهش جرم محسوسی داشته باشند.
این عدم کاهش جرم، نتیجه تشکیل یک لایه کربنی مقاوم روی سطح الیاف است که مهمترین عامل جلوگیری از سوختن پلیاستر در دماهای بالا محسوب میشود.
پارامترهای ارزیابی اشتعالپذیری
در این پژوهش، عملکرد نمونهها بر اساس چهار شاخص اصلی بررسی شد:
- طول سوختگی (Char Length)
- زمان گسترش شعله (Flame Spread Time)
- نرخ سوختن (Burning Rate)
- میزان باقیمانده نهایی (Residue)
همچنین نمونهها بر اساس استاندارد UL-94 طبقهبندی شدند تا میزان مقاومت آنها در برابر آتش بهصورت استاندارد ارزیابی شود.
نتایج آزمون اشتعالپذیری عمودی
مطابق نتایج ارائهشده در جدول شماره ۱، نمونه شاهد در مدت کوتاهی دچار اشتعال کامل شد. فرآیند سوختن با سرعت بسیار بالا انجام گرفت و همراه با تولید دود فراوان بود. پس از پایان آزمون نیز تنها حدود ۷٫۵ درصد از جرم اولیه باقی ماند که نشاندهنده شدت بالای تخریب حرارتی الیاف پلیاستر است.
در مقابل، نمونه اصلاحشده با پوشش متورمشونده هیچگونه شعلهوری نداشت؛ بنابراین زمان گسترش شعله و نرخ سوختن آن تقریباً صفر گزارش شد.
بررسی باقیمانده نمونهها نیز این موضوع را تأیید میکند. نمونه اصلاحشده مطابق استاندارد UL-94 در کلاس V-0 قرار گرفت که نشاندهنده خاصیت خودخاموششوندگی و مقاومت بسیار بالا در برابر اشتعال است.
جدول ۱: نتایج آزمون اشتعالپذیری عمودی (ASTM D6413)
نتایج آزمون اشتعالپذیری افقی
در آزمون اشتعالپذیری افقی نیز نمونه شاهد بهطور کامل سوخت و تمام جرم آن در اثر گسترش شعله از بین رفت.
در مقابل، نمونه اصلاحشده که حاوی ترکیبات ضدآتش بود، همانند آزمون عمودی مقاومت مطلوبی در برابر شعله از خود نشان داد و از گسترش آتش جلوگیری کرد. این نتایج نشاندهنده عملکرد مناسب پوشش محافظ در شرایط مختلف آزمون است.
بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM)
تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان میدهد نمونه شاهد پیش از آزمون از مجموعهای از الیاف پلیاستر بدون هیچگونه پوشش محافظ تشکیل شده است.
پس از قرار گرفتن در معرض شعله، این الیاف بهطور کامل تخریب شده و بر اثر حرارت ذوب میشوند.
در مقابل، تصاویر مربوط به نمونه اصلاحشده نشان میدهد پس از اعمال پوشش ضدآتش و قرار گرفتن در معرض حرارت، ساختار الیاف تقریباً بدون تغییر باقی مانده است.
نکته قابل توجه، تشکیل یک لایه محافظ روی سطح الیاف است که عامل اصلی مقاومت در برابر شعله محسوب میشود. این لایه کربنی دارای هدایت حرارتی بسیار پایین بوده و پیش از رسیدن دمای الیاف به نقطه تخریب تشکیل میشود؛ بنابراین از تجزیه پلیاستر جلوگیری کرده و بهعنوان یک لایه محافظ عمل میکند.
نقش لایه کربنی در افزایش مقاومت حرارتی
بررسی نتایج نشان میدهد مواد مقاومکننده حرارتی در هنگام احتراق، از طریق تشکیل یک لایه کربونیزه با هدایت حرارتی پایین، میزان انتقال حرارت به بستر را کاهش میدهند.
علاوه بر این، این لایه مانع خروج مواد فرار حاصل از احتراق شده و در نتیجه از کاهش جرم نمونه جلوگیری میکند.
وجود ترکیبات فسفری باعث بهبود تشکیل این لایه محافظ شده و در جریان تجزیه حرارتی، مواد پلیفسفریک آزاد میشوند که همانند یک سد شیشهای عمل کرده و از نفوذ شعله به لایههای زیرین جلوگیری میکنند.
نتیجهگیری
در این پژوهش، یک ترکیب ضدآتش فسفری با خاصیت تورمپذیری طراحی و تولید شد و برای افزایش کارایی آن از نانوذرات معدنی نیز استفاده گردید.
نتایج آزمونهای اشتعالپذیری، آنالیز حرارتی و آزمون استاندارد INSO 3889 نشان داد پوشش ایجادشده، مقاومت بسیار مطلوبی در برابر آتش و حرارت ایجاد میکند، بدون آنکه خواص فیزیکی الیاف پلیاستر تغییر کند.
همچنین مقایسه عملکرد این ترکیب با نمونههای تجاری تولیدشده توسط شرکتهای خارجی نشان داد ترکیب ارائهشده در این پژوهش از نظر عملکرد کاملاً قابل رقابت بوده و در برخی آزمونها حتی نتایج بهتری نیز ارائه کرده است.
سپاسگزاری
این تحقیق در آزمایشگاه تحقیق و توسعه شرکت آسیاگستر دلیجان انجام شده است. نویسندگان از مدیریت و کارکنان این شرکت بابت همکاری و حمایت در اجرای این پژوهش قدردانی میکنند.
منابع
منابع مقاله را همانند نسخه اصلی و بدون تغییر در انتهای صفحه سایت درج کنید. این منابع شامل مقالات منتشرشده در کنفرانسهای علمی و پایگاه سیویلیکا درباره عایقهای رطوبتی، پوششهای متورمشونده و مقاومسازی الیاف پلیاستر در برابر آتش هستند.
