O fogo sempre foi uma das ameaças mais graves à sociedade humana. À medida que edifícios, sistemas de transporte, têxteis, produtos eléctricos e materiais poliméricos se tornam cada vez mais difundidos, a procura por um melhor desempenho ao fogo continua a crescer.
É importante distinguir materiais-retardadores de chama de materiais totalmente não{1}}combustíveis. O objetivo da tecnologia-retardadora de chamas é reduzir a probabilidade de ignição, retardar a propagação das chamas, limitar a liberação de calor e proporcionar mais tempo para evacuação e combate a incêndios.
Desde camadas protetoras de argila usadas em edifícios antigos até sistemas intumescentes modernos, nanocompósitos e tecnologias de baixa-fumaça e baixa{1}}toxicidade, o desenvolvimento de materiais-resistentes ao fogo tem sido um longo processo de exploração contínua.
1. Antigos materiais chineses à prova de fogo e proteção de edifícios
A China começou a explorar métodos de proteção contra incêndios numa fase muito precoce.
No sítio arqueológico de Dadiwan em Qin'an, província de Gansu, que remonta a aproximadamente 5.000 a 8.000 anos, antigos construtores colocaram camadas de terra ao redor de colunas de madeira em grandes edifícios públicos e aplicaram materiais cimentícios protetores na superfície das estruturas de madeira. Essas práticas podem ser consideradas as primeiras formas de proteção arquitetônica contra incêndio.
Durante o período da Primavera e do Outono, as pessoas já tinham reconhecido que a remoção de estruturas mais pequenas, o revestimento de edifícios maiores e a criação de zonas de separação poderiam ajudar a retardar a propagação do fogo.
Durante os períodos da Primavera e do Outono e dos Estados Combatentes, o filósofo chinês Mozi propôs uma série de medidas de prevenção e combate a incêndios. Isso incluía revestir portões e edifícios de cidades com lama, fabricar ferramentas-para transportar água com tecido de cânhamo, usar recipientes de couro para reter água e instalar instalações de armazenamento de água em torres defensivas.
Essas medidas refletiram uma abordagem integrada inicial que combinou tratamento-de superfícies resistentes ao fogo, projeto de construção e equipamentos de combate a incêndio.
Na Dinastia Yuan, o cientista agrícola Wang Zhen forneceu uma discussão relativamente sistemática sobre a construção de proteção contra incêndio em seu trabalho.Nong Shu, ouLivro da Agricultura. Ele escreveu:
O fogo cresce quando encontra a madeira, é extinto pela água e termina quando atinge a terra.
Wang Zhen também documentou um material-resistente ao fogo feito de ingredientes como tijolo triturado, argila, óleo de tungue, carvão em pó e cal, misturado com pasta de arroz glutinosa. O material forneceu cobertura de superfície, isolamento térmico e proteção, e pode ser considerado um dos primeiros revestimentos chineses compostos de proteção contra incêndio-.
Embora essas práticas históricas ainda não constituíssem um sistema químico moderno-retardador de chamas, elas já demonstraram vários princípios importantes: isolar materiais combustíveis do ar, reduzir a transferência de calor, cobrir substratos inflamáveis e evitar a exposição direta às chamas.
2. Exploração ocidental inicial de tratamento retardador de chamas-
Registros de tratamento-retardador de chama no Ocidente também remontam a tempos antigos.
De acordo com relatos históricos da Grécia antiga, a madeira era tratada com soluções-à base de alume por volta de 450 a.C. para reduzir sua inflamabilidade. Mais tarde, os romanos melhoraram o processo adicionando substâncias como o vinagre à solução de tratamento, ajudando a aumentar a sua durabilidade e eficácia.
No primeiro século aC, métodos{0}}retardadores de chama já haviam sido aplicados na defesa militar. Soluções à base de alumínio-foram supostamente usadas para tratar fortificações de madeira, enquanto revestimentos feitos de argila e materiais reforçados-com fibra foram aplicados para proteger equipamentos de cerco de madeira contra fogo.
Em 1638, o cenógrafo e arquiteto italiano Nicola Sabbatini propôs adicionar argila e gesso aos revestimentos usados em cortinas de teatro para reduzir o risco de incêndio. Esta aplicação mostra como os riscos de incêndio em edifícios públicos ajudaram a impulsionar o desenvolvimento inicial de tecnologias-retardadoras de chamas.
Em 1735, uma patente britânica foi emitida para o tratamento de madeira e têxteis utilizando alúmen, bórax e sulfato ferroso. No final do século XVIII, compostos como o sulfato de amônio também estavam sendo investigados como componentes de formulações-retardadoras de chama.
3. A formação da ciência moderna-retardadora de chama
O século XIX marcou uma transição importante das práticas-de proteção contra fogo baseadas na experiência para a pesquisa científica.
Em 1821, o químico francês JL Gay-Lussac foi contratado para investigar métodos para reduzir a inflamabilidade de cortinas de teatro. Ele descobriu que os sais de amônio dos ácidos sulfúrico, clorídrico e fosfórico poderiam melhorar a resistência à chama do cânhamo e do linho.
Ele também observou que combinações de cloreto de amônio, ácido fosfórico e bórax poderiam melhorar ainda mais o desempenho do-retardador de chama.
Este trabalho é amplamente considerado um importante ponto de partida no estudo científico de fibras e formulações{0}retardadoras de chama. Seu princípio subjacente-o uso de compostos contendo fósforo- e nitrogênio-para promover a desidratação e a formação de carvão-continua relevante para a tecnologia-retardadora de chama atualmente.
Por volta de 1859, compostos incluindo fosfato de amônio, cloreto de amônio, bórax, sulfato de amônio e sais de estanato foram aplicados posteriormente ao tratamento-retardador de chama têxtil.
Através da impregnação, do revestimento e da formação de camadas protetoras inorgânicas nas superfícies das fibras, o comportamento de combustão dos tecidos poderia ser melhorado.
Durante esse período, a pesquisa-de retardantes de chama mudou gradualmente do uso de substâncias individuais para formulações compostas, reações químicas e tecnologias de-tratamento de superfície.
4. Desenvolvimento Industrial no Século XX
Com o rápido crescimento dos plásticos, da borracha sintética e das fibras sintéticas no século XX, a tecnologia-retardadora de chama tornou-se uma parte cada vez mais importante da indústria de materiais.
Muitos materiais poliméricos são fáceis de inflamar, queimam rapidamente e liberam grandes quantidades de calor. Como resultado, melhorar o seu desempenho ao fogo tornou-se um grande desafio técnico.
No início do século XX, a borracha clorada entrou na fase de pesquisa e industrialização. Por volta de 1913, sais de estanato e sais de amônio eram usados para tratamento-retardador de chama têxtil.
Na década de 1930, sistemas sinérgicos baseados em parafina clorada e óxido de antimônio começaram a ser usados em materiais-retardadores de chama. Os compostos halogenados ajudaram a inibir as reações de{3}radicais livres na chama, enquanto o óxido de antimônio aumentou sua eficácia.
Esses sistemas foram amplamente utilizados por muitos anos em plásticos, borracha, revestimentos e têxteis.
Durante o mesmo período, começaram a aparecer revestimentos inorgânicos de proteção-contra fogo baseados em aglutinantes de vidro solúvel e cargas minerais. Posteriormente, os pesquisadores desenvolveram revestimentos que se expandiam e formavam uma camada protetora de carvão sob o calor, estabelecendo as bases para os modernos revestimentos intumescentes de proteção contra fogo-.
Durante a Segunda Guerra Mundial, a demanda por tendas militares e materiais de lona com resistência à chama e à água acelerou ainda mais o desenvolvimento de sistemas de revestimento -retardadores de chama baseados em parafina clorada, óxido de antimônio e aglutinantes.
5. O desenvolvimento de sistemas retardadores de chamas intumescentes-
No final da década de 1940, os pesquisadores começaram a usar o termo "intumescência" para descrever a expansão e a formação de espuma que ocorrem quando certos polímeros-retardadores de chama são expostos ao calor ou ao fogo.
Entre aproximadamente 1948 e 1950, a estrutura básica dos sistemas retardadores de chama-intumescentes tornou-se mais clara, levando aos conceitos de fonte de ácido, fonte de carbono e fonte de sopro.
· Ofonte de ácidopromove desidratação e carbonização.
· Ofonte de carbonoforma a estrutura da camada protetora de carvão.
· Ofonte de soprolibera gases que expandem o carvão em uma estrutura porosa.
Quando o material é exposto a chamas ou altas temperaturas, a camada intumescente cobre o substrato e limita a transferência de calor, oxigênio e produtos de decomposição combustíveis. Isto retarda o aquecimento e a queima do material subjacente.
Na década de 1970, os pesquisadores demonstraram ainda que a formação de uma camada de carvão estável durante a combustão do polímero poderia melhorar significativamente o desempenho do-retardador de chama.
O efeito protetor do carvão, portanto, tornou-se uma parte importante da teoria do retardador de-chama de fase condensada-.
Em 1989, G. Camino e outros pesquisadores publicaram estudos sistemáticos de sistemas retardadores de chama-intumescentes, ajudando a avançar tanto em sua compreensão teórica quanto em sua aplicação prática.
6. A mudança em direção a sistemas compostos de alto{1}}desempenho
Após a década de 1950, monômeros-retardadores de chama reativos e resinas{2}}retardadoras de chama começaram a surgir.
Ao contrário dos retardadores de chama aditivos, os retardadores de chama reativos podem ser incorporados quimicamente na estrutura molecular de um polímero. Isso pode melhorar a durabilidade e reduzir a migração ou perda de componentes-retardadores de chama durante o uso.
A partir da década de 1960, vários retardadores de chama halogenados aromáticos entraram em uso comercial e-os materiais retardadores de chama passaram gradualmente para a produção industrial em-grande escala.
Na década de 1980, o desenvolvimento de materiais nanocompósitos abriu uma nova direção para a pesquisa-de retardadores de chama.
Alguns nanomateriais podem melhorar a estabilidade térmica, promover a formação de camadas protetoras e reduzir as taxas de-liberação de calor e perda-de massa em níveis de carga relativamente baixos.
Os materiais-retardadores de chama modernos geralmente não dependem mais de um único aditivo. Em vez disso, combinam vários mecanismos, incluindo:
· inibição de reações em cadeia de combustão na fase gasosa;
· promover a formação de carvão na fase condensada;
· redução da transferência de calor através de camadas isolantes;
· limitar a circulação de oxigénio e gases combustíveis com barreiras inorgânicas;
· redução da fumaça por meio de sistemas-supressores de fumaça;
· melhorar a estrutura do carvão e a estabilidade térmica com nanomateriais.
7. Regulamentos e Padrões Impulsionam Melhorias na Segurança Contra Incêndios
Na segunda metade do século XX, os plásticos, a borracha sintética e as fibras sintéticas tornaram-se amplamente utilizados em edifícios, transportes, móveis, produtos elétricos e bens de consumo.
Ao mesmo tempo, os riscos de incêndio associados aos materiais poliméricos receberam cada vez mais atenção.
A partir da década de 1960, os Estados Unidos, a Europa e outras regiões introduziram gradualmente requisitos industriais, padrões de produtos e regulamentos de segurança relacionados à inflamabilidade de materiais.
A melhoria da resistência às chamas, portanto, evoluiu de uma ação voluntária dos fabricantes para um requisito obrigatório de acesso-ao mercado para determinados produtos.
Hoje, os requisitos de-retardador de chama e resistência ao fogo-se aplicam a uma ampla variedade de setores, incluindo:
· construção e materiais de construção;
· têxteis;
· móveis e colchões;
· automóveis e transporte ferroviário;
· aeroespacial;
· fios e cabos;
· equipamentos elétricos e eletrônicos;
· novos-sistemas de baterias de energia.
Diferentes aplicações requerem diferentes níveis e tipos de desempenho contra incêndio.
Além da resistência à ignição, os materiais podem precisar ser avaliados quanto à propagação de chamas, liberação de calor, produção de fumaça, toxicidade, gotículas flamejantes, integridade do circuito, resistência ao fogo e durabilidade-de longo prazo.
8. O valor prático dos materiais-retardadores de chama
O objetivo da tecnologia-retardadora de chama não é garantir que um material nunca queime sob quaisquer condições.
Seu valor reside no controle do comportamento da combustão e na redução da probabilidade de um incêndio começar, se espalhar ou se tornar mais grave.
Um projeto{0}retardador de chamas eficaz pode atrasar a ignição e a propagação das chamas, reduzir a taxa de liberação-de calor, limitar a perda de material e fornecer mais tempo para evacuação, combate a incêndios e proteção de propriedade.
À medida que os-requisitos de segurança contra incêndio continuam a se desenvolver, as modernas tecnologias-retardadoras de chamas estão colocando maior ênfase no equilíbrio do desempenho contra incêndio com supressão de fumaça, baixa toxicidade, compatibilidade ambiental, durabilidade e propriedades mecânicas.
Portanto,-o desempenho do retardador de chama deve ser verificado por meio de testes padronizados, em vez de ser julgado apenas pelo nome do material, composição química ou declaração do fornecedor.
