Διερεύνηση της αντιπυρικής δράσης και συνέργειας χημικών πρόσθετων σε φυσικά πολυμερή με αναλυτικές τεχνικές και πειράματα πεδίου
Authors: Τσαπάρα Βασιλική 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνήθηκε η επιβραδυντική και συνεργιστική δράση διάφορων χημικών επιβραδυντών σε φυσικά πολυμερή. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα μικρής και μεσαίας κλίμακας στον πρώτο και στον δεύτερο πειραματικό κύκλο και μεγάλης κλίμακας (πειράματα πεδίου) στον τρίτο πειραματικό κύκλο. Στον πρώτο κύκλο εργασιών διερευνήθηκε με τις μεθόδους της θερμικής ανάλυσης και με φασματοσκοπία υπερύθρου εξασθενημένης ολικής ανάκλασης (FTIR-ATR) η επίδραση του φωσφορικού διαμμωνίου (DAP) στη θερμική διάσπαση του φυσικού πολυμερούς Olea europaea. Και από τις δυο μεθόδους επιβεβαιώθηκε η χημική επίδραση του DAP. Επίσης εξετάστηκε η επιβραδυντική δράση τεσσάρων χημικών ουσιών στο ίδιο φυσικό πολυμερές με μια μέθοδο αξιολόγησης βασισμένη στη μαθηματική επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται από τη θερμική ανάλυση (DTG). Οι χημικοί επιβραδυντές που επιλέχθηκαν ήταν οι: φωσφορικό διαμμώνιο (DAP), θειϊκό αμμώνιο (AS), όξινο ανθρακικό νάτριο (NaHCO3) και βρωμιούχο αμμώνιο (NH4Br) ήδη γνωστοί για την επιβραδυντική τους δράση. Οι παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν στη μέθοδο αυτή για τον καθορισμό της επιβραδυντικής απόδοσης είναι: το βάθος της κύριας κορυφής (της κυτταρίνης), η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στην κύρια κορυφή, το θερμοκρασιακό εύρος μέσα στο οποίο λαμβάνει χώρα η θερμική διάσπαση και η συνολική απώλεια μάζας. Η παραπάνω μέθοδος αξιολόγησης αντιπαραβλήθηκε με το κριτήριο του στερεού υπολείμματος και τη μέθοδο ελαχίστου οξυγόνου RLOI. Στην επόμενη φάση εξετάστηκαν διμερή επιβραδυντικά συστήματα και διερευνήθηκε η πιθανή συνέργεια μεταξύ τους με την παραπάνω μέθοδο. Οι χημικοί επιβραδυντές που εξετάστηκαν ήταν αυτοί της πρώτης φάσης. Στους συνδυασμούς ανά δυο μεταξύ DAP, AS και NH4Br παρατηρήθηκε συνέργεια, ενώ στους συνδυασμούς του NaHCO3 με τους υπόλοιπους επιβραδυντές παρατηρήθηκε ανταγωνισμός. Τέλος λαμβάνοντας υπόψη και οικονομικά κριτήρια προέκυψαν οι πιο συμφέρουσες λύσεις, μεταξύ των επιβραδυντών και των μιγμάτων τους. Στον δεύτερο πειραματικό κύκλο προτάθηκε ο συνδυασμός δυο επιβραδυντικών υλικών, διερευνήθηκε η μεταξύ τους συνέργεια και αξιολογήθηκε η επιβραδυντική δράση του μίγματος με τη θερμική ανάλυση. Τα υλικά αυτά ήταν α) το πολυακρυλικό νάτριο το οποίο με προσθήκη νερού μετατρέπεται σε gel και β) εμπορικό μίγμα των ορυκτών υδρομαγνησίτη–χουντίτη (Securoc). Ως φυσικό πολυμερές επιλέχθηκε ξύλο Pinus sylvestris. Στον τρίτο πειραματικό κύκλο πραγματοποιήθηκαν δυο πειράματα πεδίου. Στο πρώτο διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα της επιβραδυντικής δράσης του μίγματος gel-ορυκτού σε δοκίμια ξύλου Pinus sylvestris, σε συνθήκες που αναπτύχθηκαν στο εσωτερικό καιγόμενου ξύλινου οικίσκου. Τόσο από τη θερμική ανάλυση, όσο και από το πείραμα πεδίου προέκυψε το συμπέρασμα πως υπάρχει συνέργεια μεταξύ gel και των ορυκτών υδρομαγνησίτη-χουντίτη, η οποία οφείλεται στους διαφορετικούς μηχανισμούς δράσης του κάθε επιβραδυντικού υλικού. Στο δεύτερο πείραμα πεδίου έγινε προσομοίωση δασικής πυρκαγιάς σε μια έκταση 36m2 καλυμμένη με δασική ύλη και εκτιμήθηκε η επιβραδυντική δράση των υλικών DAP και Securoc. Μακροσκοπικά εκτιμήθηκε το ύψος της φλόγας κατά τη διάρκεια του πειράματος και πώς αυτό επηρεάστηκε από την παρουσία των επιβραδυντικών υλικών. Οι επιβραδυντές μείωσαν δραματικά τον ρυθμό απελευθέρωσης θερμότητας