Fin dall'antico Egitto, la lunga lotta contro il fuoco

La scoperta del fuoco è spesso presentata come la più importante nella storia dell'uomo, tanto da condizionare lo sviluppo del genere Omosessuale. Riducendo la quantità di energia necessaria per digerire il cibo, la cottura ha portato in particolare ad un aumento del cervello.

Lla padronanza del fuoco sembra essere stata acquisita circa 400 anni fa anche se sono state individuate tracce d'uso molto più antiche. Tuttavia, con l'urbanizzazione, anche il fuoco è diventato una piaga se si diffonde incontrollato. Pensiamo ad esempio al grande incendio di Roma nel 64 dC a quella della cattedrale di Notre Dame de Paris o anche ai mega-incendi che ormai devastano molti paesi.

Cos'è il fuoco?

Un incendio richiede la congiunzione di tre elementi: un combustibile, un ossidante e una fonte di calore, che si chiama triangolo del fuoco. Questi elementi interagiscono in un complesso processo che coinvolge fenomeni fisici come il trasferimento di calore e fenomeni chimici come la pirolisi della fonte di combustibile o la combustione dei prodotti di pirolisi.

Tecnicamente si distingue tra reazione e resistenza al fuoco. La reazione al fuoco riguarda i materiali combustibili, che possono rilasciare calore durante la loro decomposizione per effetto della temperatura e in presenza di un ossidante (il più delle volte ossigeno presente nell'aria). La resistenza al fuoco riguarda la capacità di un elemento di mantenere la sua funzione portante e le sue proprietà di isolamento termico e di tenuta ai gas e ai fumi durante un incendio. In quanto materiale combustibile utilizzato come elemento strutturale negli edifici, il legno è interessato da questi due aspetti che richiedono standard specifici e prove diverse.

Quando si tratta di antincendio, ci sono due strategie che non si escludono a vicenda. La prima prevede l'utilizzo dei cosiddetti dispositivi attivi in ​​caso di incendio: estintori, rilevatori di fumo o estintori automatici ad acqua. Il secondo è utilizzare materiali che contribuiscano il meno possibile alla propagazione dell'incendio.

ignifugo

Molti materiali, come la maggior parte della plastica o del legno, sono intrinsecamente altamente combustibili ed è necessario incorporare additivi chiamati ritardanti di fiamma che, incorporati nella o sulla superficie di un materiale combustibile, hanno lo scopo di modificarne il comportamento interrompendo il triangolo di fuoco .

I loro effetti sono principalmente di ritardare la comparsa della fiamma, rallentare la velocità della sua propagazione, ridurre il rilascio di calore e la potenza del fuoco, limitare l'opacità del fumo e la sua tossicità. Tutti questi effetti sono valutati attraverso prove standardizzate di reazione al fuoco. Conducono a classificazioni che determinano il potenziale utilizzo del materiale in una determinata applicazione secondo le normative. Non esiste un ritardante di fiamma universale. Un sistema ignifugo deve essere adattato al materiale che intende proteggere, tenendo conto in particolare del suo processo di decomposizione. Inoltre, la scelta di un ritardante di fiamma è guidata anche dal processo di fabbricazione del materiale e non deve alterare in modo significativo le proprietà funzionali attese.

Gli archeologi collocano gli inizi dell'impermeabilizzazione nell'antichità. Gli egizi, intorno al 400 a.C. J.-C., utilizzò minerali per rendere certi tessuti resistenti al fuoco come il cotone o il lino. Dopo, durante l'assedio del Pireo (23 aC), per rendere i bastioni in legno resistenti al fuoco si utilizzavano soluzioni di allume. Fu quindi necessario attendere fino al 18 giugno 1735 perché l'inglese Obadiah Wyld depositasse il primo brevetto, brevetto numero 551, sul trattamento del cotone. Nel XNUMX ° secolo, su richiesta del re di Francia, Luigi XVIII, si dovette trovare un sistema efficace per prevenire gli incendi nei teatri parigini illuminati da candele. Joseph Louis Gay-Lussac deposita quindi un brevetto sull'uso di una miscela di fosfato di ammonio, cloruro di ammonio e borace per l'ignifugazione delle tende nei teatri.

ritardanti di fiamma

Esistono diverse famiglie di ritardanti di fiamma, a base di diversi elementi chimici e con diverse modalità di azione. Storicamente, il molecole alogenate contenenti cloro o bromo, sono stati ampiamente utilizzati per la loro efficacia, anche in piccole quantità. Queste molecole agiscono interrompendo le reazioni di combustione in atto nella fiamma, favorendone l'estinzione e limitando la quantità di energia rilasciata. Questo è quindi indicato come inibizione della fiamma. Tuttavia, la natura tossica di alcuni composti alogenati ha portato alla loro messa al bando. A causa dell'impossibilità di distinguere facilmente durante il riciclaggio il molecole bromurate autorizzato da quelli vietati, non è più possibile riciclare plastica ignifuga da questi ritardanti di fiamma. Inoltre, queste molecole portano alla formazione di fumi opachi e corrosivi durante l'incendio. Per tutti questi motivi, questa famiglia di ritardanti di fiamma è ora sempre più sul sedile caldo.

È principalmente sostituito da ritardanti di fiamma al fosforo. Questi sono di una varietà molto ampia e, quindi, possono agire secondo diverse modalità di azione. Tuttavia, la principale modalità d'azione rimane la promozione di uno strato residuo sulla superficie del combustibile a protezione della parte sana del materiale. La strategia consiste nell'interrompere le reazioni di pirolisi (decomposizione del materiale sotto l'azione del calore) e favorire la formazione di un residuo ricco di carbonio e termicamente stabile chiamato “char”. Alcuni sistemi particolarmente efficaci sono detti intumescenti perché il carbone forma uno strato espanso, isolante e molto protettivo. Questo tipo di sistema intumescente viene utilizzato in particolare nei rivestimenti per la protezione di elementi metallici o legno.

Possiamo citare anche gli idrossidi metallici, che sono economici ma proporzionalmente meno efficaci e che quindi devono essere incorporati in percentuali elevate (fino al 65% in massa nelle guaine esterne dei cavi) per produrre un effetto notevole. Per effetto della temperatura, queste particelle rilasciano acqua sotto forma di vapore per decomposizione endotermica, aiutando così a raffreddare il materiale e diluire i combustibili nella fiamma.

Esistono altre sostanze chimiche, a base di azoto (melamina), boro (borato di zinco) o stagno (idrossistannato), per esempio. La nanotecnologia è utilizzata da quindici anni anche nel campo dell'ignifugazione. Le nanoparticelle del tipo argilla lamellare o nanotubi di carbonio promuovono il carattere isolante del carbone formato, anche a bassi livelli. Ma da soli non sono sufficienti per fornire una protezione generale per il materiale.

E il legno?

In generale, materiali di origine organica (dal mondo vivente) come petrolio, legno o carbone hanno in comune una composizione ricca di atomi di carbonio e idrogeno, suscettibili di essere ossidati. Sono quindi combustibili. Il legno è un materiale con una struttura complessa con una composizione chimica elementare costituita per metà da carbonio (50%), ossigeno (44%) e una piccola quantità di idrogeno (6%).

Non molto denso, il legno ha una naturale capacità di carbonizzazione, cioè uno strato protettivo di carbonizzazione si forma tra il legno sano e le fiamme. Durante la sua combustione, il legno perderà prima acqua per diventare completamente asciutto a 120°C. Quindi la sua struttura si rompe gradualmente con l'aumentare della temperatura. I suoi costituenti sono relativamente stabili fino a 250°C, temperatura al di sopra della quale si osserva un rilascio di fumo. A 320°C, la quantità di gas è tale da poter accendere il legno nell'aria. La pirolisi avviene principalmente fino a 500°C, dopodiché rimane solo carbone (carbone), che può decomporsi lentamente per ossidazione. Se lo strato carbonizzato rallenta la pirolisi del suono sottostante il legno, la sua resistenza meccanica è invece trascurabile. Con il progredire della pirolisi si riduce quindi la sezione utile di un elemento strutturale in legno e la sua capacità portante.

I ritardanti di fiamma utilizzati per l'ignifugazione del legno appartengono alle famiglie sopra citate (fosforo, boro, azoto, idrossidi metallici). Tuttavia, a differenza della plastica, non è possibile integrare questi additivi durante la fabbricazione del legno. L'ignifugazione avviene quindi in due forme: la deposizione di un rivestimento superficiale (pittura, vernice) e l'impregnazione al cuore del legno, cioè nella parte cava – detta lumen – delle celle del legno, mediante un processo in autoclave. Ciò comporta il riempimento di tutti i lumen degassando prima sotto vuoto e quindi forzando la penetrazione del ritardante di fiamma mediante sovrappressione. Questa soluzione più complessa permette di evitare un deterioramento del carattere ignifugo in caso di difetti superficiali. Nel caso di un rivestimento, se alterato, non può più svolgere la sua funzione ignifuga e lascia il legno non protetto in caso di incendio.

Questo articolo è stato scritto in collaborazione con Clément Lacoste (IMT – Mines Alès), Laurent Ferry (IMT – Mines Alès) e Henri Vahabi (Università della Lorena).

Rodolfo Sonnier, Assistente Maestro delle Scuole di Miniera, IMT Mines Alès – Istituto Mines-Telecom

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto licenza Creative Commons. Leggi ilarticolo originale.

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