ساخت سازه‌های ضد آتش با نانو

به گزارش می متالز، با اعمال این پوشش‌ها روی سازه‌ها می‌توان انتقال حرارت محیط به سطح سازه‌ها را به تاخیر انداخت. پوشش‌های جدیدی که برپایه نانوذرات تهیه می‌شوند کاربردهای متنوعی از جمله محافظت در برابر خوردگی، پوشش‌های نوری، پوشش‌های مقاوم در برابر سایش و فرسودگی و پوشش‌های متورم‌شونده پیدا کرده‌اند.‌ پیشرفت‌های حاصل در زمینه فرمولاسیون مواد پوشش‌دهنده نتیجه امکان کنترل شاخص‌هایی چون اندازه نانوذرات، ویژگی‌های شیمیایی سطح نانوذرات، پوشش‌دهی سطح بیشتری از بستر با نانوذرات و همچنین فعالیت و واکنش‌پذیری بیشتر نانوذرات در مقایسه با مواد پوشش‌دهنده دیگر است. از انواع پوشش‌های ضد آتش، می‌توان ملات‌های سیمانی نسوز، مواد خمیری اندودکننده و رنگ‌های ضد آتش به عنوان آخرین دستاوردهای علوم و فناوری را نام برد. رنگ‌های ضد آتش، قابلیت ضد شعله‌وری دارند و نیز مانع انتقال حرارت به لایه‌های زیرین اجسام می‌شوند. از جمله روش‌های بهبود خواص پوشش‌های متورم‌شونده می‌توان به بهره‌گیری از ترکیبی از نانوذرات رس با پوشش‌های آتش‌گریز و تاخیر اندازنده آتش‌گیری اشاره کرد. در صورت وقوع آتش‌سوزی در ساختمان‌ها، ممکن است به هر دلیل سیستم اطفای حریق توانایی خود را در خاموش کردن آتش از دست بدهد یا توانایی کافی در این زمینه نداشته باشد. در این صورت اگر سازه‌ها از قبل در برابر آتش‌سوزی مقاوم‌سازی شده باشند، نیروهای امدادرسان زمان کافی را برای خروج افرادی که در محاصره آتش قرار دارند، خواهند داشت. این مسئله در ساختمان‌های مرتفع که امکانات آتش‌نشانی به صورت مستقیم نمی‌تواند عمل کند، از اهمیت بیشتری برخوردار است. فناوری نانو روش‌های متنوعی را برای توسعه مواد ضد آتش و بهبود خواص آنها ارائه داده است. این مواد جدید به عنوان جایگزین مواد آلاینده‌ای که پیش از این به عنوان مواد ضد آتش مصرف می‌شد، مطرح شده‌اند. نقطه عطف این پژوهش‌ها، ذرات آلومینوسیلیکاتی نانوساختار هستند یا نانورس‌ها، که به عنوان پرکننده پلیمرها و برای بالا بردن خواص ضد آتش و مقاومت در برابر حرارت استفاده می‌شود.

کاربرد نانوپوشش‌ها در سازه‌ها

یکی از کاربردهای مهم نانوپوشش‌ها در کابل‌هاست. از مصارف عمومی‌تر آنها می‌توان در فیوز، پریز برق و محفظه لامپ‌ها اشاره کرد. خاصیت ضد آتش کامپوزیت‌های نانورس، نشانگر این مسئله است که با استفاده از این نانومواد، در مواقع آتش‌سوزی اتلاف حرارت و توسعه دود به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و همزمان ایجاد جرقه نیز به تعویق می‌افتد. از دیگر جنبه‌های کاربردی پوشش‌های ضد آتش، بهره‌گیری از آنها برای چوب، فلز، پلاستیک یا بتن است. توسعه آتش در این مصالح به وسیله این نوع پوشش‌ها به تاخیر می‌افتد و مانع گسترش کنترل‌نشده آتش می‌شود. در این بخش از نانومواد پوششی که می‌توانند مایع یا پلاستیکی باشند، برای محافظت مصالح استفاده می‌شود. با استفاده از اتصالات غیرسمی برپایه سطوح اصلاح‌شده حاوی نانوذرات۲ SiO می‌توان خواص ضد آتش پشم را به عنوان عایق بام به طور قابل توجهی افزایش داد. این قابلیت در سایر الیاف آلی طبیعی و سبک مانند کاه و کنف نیز وجود دارد. به تازگی نانورنگ‌های جدیدی به بازار عرضه شده‌اند که دارای خاصیت ضد آتش هستند و در آنها ماده صابونی که از آن برای پایدار کردن لاتکس در رنگ‌های امولسیونی بهره گرفته می‌شود، با پوششی از نانورس جایگزین شده است. کاربرد لاتکس در رنگ‌های متداول به این دلیل است که پس از تبخیر آب، با چسبیدن ذرات به هم جامد می‌شود. بنابراین می‌توانند فیلم‌هایی را بدون برجای‌گذاری حلال‌های آلی سمی در محیط شکل دهند. در این لاتکس‌ها، به عنوان پایدارکننده از صفحات دیسکی نانورس از نوع لاپونیت استفاده می‌شود. هنگامی که هسته پلیمری حاوی پوسته نانورس آتش می‌گیرد، شبکه‌ای از کره‌های توخالی به‌هم‌متصل نانومتری از نانورس‌ها تشکیل می‌شود که مساحت سطحی مفید زیادی را در فضای بسیار کم ایجاد می‌کند. به این ترتیب یک لایه محافظ در برابر آتش روی سطح تشکیل می‌شود. شیشه‌ها به طور معمول در برابر آتش، نقطه ضعف مهم دارند و آن شکنندگی، شعله‌ور شدن و نشر دود ناشی از ذوب شیشه در هنگام وقوع آتش‌سوزی است. از دستاوردهای فناوری نانو می‌توان به تهیه شیشه‌های محافظ در برابر آتش اشاره کرد. این محصول، از طریق قرار دادن یک لایه شفاف حاوی نانوذرات سیلیس در میان دو صفحه شیشه‌ای ساخته می‌شود. در هنگام گرم شدن شیشه، این لایه شفاف به محافظی سخت، تیره و مقاوم در برابر آتش تبدیل می‌شود. با بهره‌گیری از نانوذرات، می‌توان شیشه‌های ضد آتشی را به وجود آورد که بر اثر حرارت، یک پوشش اسفنج مانند را تشکیل می‌دهند. این پوشش محافظت بهتری در برابر آتش انجام می‌دهد. این جداره‌ها در مقایسه با شیشه‌های معمولی به طور تقریبی ۵۰ درصد سبک‌تر و در برابر آتش‌سوزی، ۲ برابر مقاوم‌تر هستند. ساخت شیشه‌های ضد آتش یکی از کاربردهای نانوسیلیس است. شیشه‌های حاوی نانوسیلیس دارای وزنی سبک، ویژگی‌های اپتیکی مناسب، عایق خوبی در برابر صوت مقاومت زیادی در برابر آتش(در حدود ۱۲۰ دقیقه در برابر دمای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) دارند. از نانوسیلیس در مصالح ساختمانی از جمله بتن نیز استفاده می‌شود. بهره‌گیری از نانوسیلیس در بتن، خواص گوناگون مکانیکی و فیزیکی آن را به شدت بالا برده و موجب بهبود کارآیی آن می‌شود. از جمله این خواص بهبودیافته می‌توان به ضد آتش و ضد سایش بودن آنها اشاره کرد. عمده این خواص به علت مقاومت حرارتی بالای سیلیس است که در هنگام افزوده شدن به سایر مواد، این خاصیت را به ترکیب نهایی می‌بخشد.

 طرح‌های تحقیق‌وتوسعه‌ای در پوشش‌های مقاوم در برابر آتش 

از پژوهش‌های مرتبط در دست اقدام در گروه رنگ پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران طرحی با عنوان «تهیه و بررسی خواص پوشش‌های نانوکامپوزیتی ضد حریق متورم‌شونده» به سرانجام رسیده است. همچنین پژوهش‌های متنوعی با استفاده از نانوذرات رس در انواع مختلفی از زمینه‌های ترموست و ترموپلاستیک در کشور عملیاتی شده است. از این اقدامات می‌توان به تولید نانوماده ضد آتش چوب با رنگی شفاف برای اعمال روی سطوح مختلف با ضخامت بسیار اندک(در حدود چند صد میکرونی) و مقاوم در برابر شعله و آتش در گروه تخصصی و مهندسی نوین البرز اشاره کرد. این نانوماده پس از اعمال روی سطوح قابل اشتعال مانند چوب، کارتن و... از آتش گرفتن آنها جلوگیری می‌کند. شرکت شیمیایی بلژیکیDevan chemicals از نانوذرات سیلیکات لایه‌دار شده به صورت لایه‌های کریستالی مشبک برای بهبود قابلیت تاخیر در آتش‌گیری در پوشش‌های متورم‌شونده استفاده کرده است. در این مواد ساختار مشبک و ضخیم پوشش‌ها به صورت مانعی در برابر آتش‌گیری و انتقال حرارت و گرما رفتار می‌کنند. شرکت آلمانی Hensel گروه‌های مختلفی از رنگ‌های ضد آتش را برای سطوح متفاوت از جمله سطوح فلزی، چوبی، کابل‌های برق و... عرضه می‌کند که گروهی، نقش پف‌کننده را داشته و گروهی نقش دیرسوزکننده را دارند. شرکت Nano Green world در حوزه نانومواد سبز فعالیت می‌کند. بخشی از این پوشش‌ها، پوشش‌های تاخیرانداز شعله در فضای داخلی و خارجی ساختمان‌ها و وسایل نقلیه مانند کشتی و...، پوشش‌های تاخیرانداز شعله در حوزه کاغذ و عایق‌های صنعتی، الیاف و منسوجات ضد آتش و... است. رزین اپوکسی پایه آب: نسل جدید پوشش ©Nansulate با نام ©Nansulate EPX به دلیل بهره‌مندی از فناوری نانو انقلابی در صنعت پوشش‌های محافظتی در سطح جهان پدید آورده است. این پوشش‌ها دارای ویژگی‌های منحصر به فردی همچون عایق‌کاری حرارتی و برودتی، ضد خوردگی، ضد آتش، مقاومت شیمیایی در برابر اسیدها و بازها و مواد سوختی است.

بهره‌گیری از فناوری نانو در نوسازی ساختمان‌های قدیمی

در دهه ۶۰ میلادی، هزاران ساختمان در پروژه‌های انبوه‌سازی مسکن در روسیه ساخته شد. این ساختمان‌ها درحال‌حاضر نزدیک به ۶۰ سال عمر دارند. در بیشتر موارد، به جای تخریب و ساخت بناهای جدید، همین ساختمان‌ها نوسازی می‌شوند. به تازگی هم از فناوری نانو برای نوسازی ساختمان‌ها بهره می‌گیرند. به گزارش ستاد فناوری نانو، پروژه آزمایشی نوسازی ساختمان‌های قدیمی با فناوری نانو در یکی از شهرهای روسیه انجام شده و نتایج نشان داده که با نوآوری و استفاده از فناوری نانو عمر بنای نوسازی‌شده افزایش و مصرف انرژی در آنها کاهش یافته است. 
بررسی‌ها نشان می‌دهد که در تمام کشور این امکان وجود ندارد که این خانه‌های به نسبت قدیمی را تخریب کنند و از نو بسازند. بنابراین باید روی گزینه بازسازی آنها کار کرد. نتایج بازسازی اخیر نشان می‌دهد که می‌توان مصرف انرژی را در خانه بازسازی‌شده ۳۰ درصد کاهش و عمر بنا را ۳۰ سال افزایش داد. برای این کار از روش‌ها و فناوری‌های نوآورانه مانند فناوری نانو استفاده شده است. ماژول‌های ساخته‌شده از پشم بازالت عایق گرمایی مناسبی بوده و دوام قابل توجهی نسبت به شبکه تهویه رایج در این خانه‌ها دارد. خرده شیشه‌ها می‌توانند نقش بهتری در عایق‌کاری و حفظ دمای ساختمان داشته باشند و همچنین نسبت به فناوری‌های رایج وزن کمتری را به سازه تحمیل می‌کنند. فیلم‌های کامپوزیتی کربنی موجب افزایش استحکام بنا شده و روی عایق شدن ساختمان نیز تاثیرگذار هستند. در این پروژه نشان داده شد که با نوآوری و استفاده از فناوری نانو، نوسازی ساختمان به گونه‌ای انجام شد که مصرف انرژی در آن ۳۱ درصد نسبت به زمان مشابه در سال گذشته، کاهش یافته است.