Study on Flame Retardancy and Smoke Suppression of Silicone Rubber Foam Containing Aluminum Hydroxide and Carbon Molecular Sieve

आग एक निरंतर बल है, लेकिन जिस सामग्री से हम निर्माण करते हैं उसे इसके सामने आसानी से आत्मसमर्पण करने की आवश्यकता नहीं है। अग्नि सुरक्षा की दुनिया में, शोधकर्ता लगातार ऐसे तरीके खोजने का प्रयास करते हैं जिससे सामग्रियों को जलने से रोका जा सके या लपटों और धुएं के प्रसार को धीमा किया जा सके। ऐसी ही एक सामग्री सिलिकॉन रबर फोम (silicone rubber foam) है, जो एक हल्का, लचीला पदार्थ है जिसका उपयोग इमारतों में अंतराल को सील करने और नाजुक इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा के लिए किया जाता है। हालांकि यह गर्मी को अच्छी तरह से झेल लेता है, लेकिन शुद्ध सिलिकॉन रबर फोम अभी भी आग पकड़ सकता है और घना, खतरनाक धुआं छोड़ सकता है। इसे ठीक करने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर ऐसे पदार्थ मिलाते हैं जो गर्मी को सोख लेते हैं या सामग्री के गर्म होने पर एक सुरक्षात्मक अवरोध बनाते हैं। दो सामान्य सहायक एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड (aluminum hydroxide) हैं, जो चीजों को ठंडा करने के लिए गर्म होने पर जल वाष्प छोड़ता है, और कार्बन मॉलिक्यूलर सीव (carbon molecular sieves) हैं, जो छिद्रपूर्ण कार्बन संरचनाएं हैं जिनमें गैसों को फंसाने के लिए छोटे छेद होते हैं। चुनौती इन सहायकों के सही मिश्रण को खोजने में थी ताकि फोम को भारी या भंगुर बनाए बिना इसे सुरक्षित बनाया जा सके।

शीआन यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और चीन के अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस पहेली को सुलझाने का बीड़ा उठाया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड को कार्बन मॉलिक्यूलर सीव के साथ मिलाने से अकेले किसी एक का उपयोग करने की तुलना में आग और धुएं के खिलाफ बेहतर ढाल तैयार होगी। उन्होंने सिलिकॉन रबर फोम लिया और इसमें इन दोनों योजकों (additives) की विभिन्न मात्रा मिलाई, जिससे परीक्षण नमूनों की एक श्रृंखला तैयार हुई। उनका लक्ष्य सरल था: सही नुस्खा खोजना जो फोम को जलने से रोके, इसे टपकने से रोक दे, और जलने पर इसके द्वारा उत्पन्न धुएं की मात्रा को नाटकीय रूप से कम कर दे।

टीम ने अपने निर्माणों का परीक्षण आग के प्रति उनके प्रतिरोध को मापने के लिए मानक विधियों का उपयोग करके किया। उन्होंने यह जांचा कि सामग्री को जलते रहने के लिए कितनी ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, ऊर्ध्वाधर ज्वाला परीक्षण (vertical flame test) में इसका व्यवहार कैसा रहता है, और एक नियंत्रित अग्नि सिमुलेशन में इसने कितनी गर्मी और धुआं छोड़ा। उन्होंने पाया कि केवल एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड या केवल कार्बन मॉलिक्यूलर सीव जोड़ने से मदद मिली, लेकिन वास्तविक सफलता तब आई जब उन्होंने उन्हें आपस में मिलाया। सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाले नमूने में प्रत्येक सौ भाग फोम के लिए पांच भाग एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड और दो भाग कार्बन मॉलिक्यूलर सीव शामिल थे। इस विशिष्ट मिश्रण ने सामग्री के व्यवहार को नाटकीय रूप से बदल दिया। यह जलने के प्रति बहुत कठिन हो गया, जिसे जलते रहने के लिए ऑक्सीजन की बहुत उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, और इसने बिना पिघले हुए पदार्थ को टपकाए ऊर्ध्वाधर दहन के सख्त सुरक्षा मानक को पास कर लिया।

जब उन्होंने इस इष्टतम मिश्रण को तीव्र गर्मी के संपर्क में लाया, तो परिणाम आश्चर्यजनक थे। शुद्ध फोम की तुलना में सामग्री द्वारा छोड़ी गई गर्मी की चरम मात्रा काफी कम हो गई, और समय के साथ दी गई कुल गर्मी आधे से अधिक कम हो गई। और भी प्रभावशाली बात धुएं पर प्रभाव थी। धुएं के उत्पादन की दर सत्तर प्रतिशत से अधिक गिर गई, और उत्पन्न धुएं की कुल मात्रा में लगभग चौरानवे प्रतिशत की कमी आई। व्यावहारिक शब्दों में, इसका अर्थ यह है कि यदि इस उपचारित फोम से सुसज्जित कमरे में आग लगती है, तो लपटें कमजोर होंगी, गर्मी कम तीव्र होगी, और हवा लंबे समय तक काफी साफ बनी रहेगी, जिससे लोगों को निकलने के लिए अधिक समय मिलेगा।

इस मिश्रण के इतना प्रभावी होने के कारणों को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने बारीकी से देखा कि आग बुझने के बाद पीछे क्या बचा। उन्होंने 'चार' (char) का परीक्षण किया, या वह परत जो जलती हुई सामग्रियों की सतह पर बनती है। शुद्ध सिलिकॉन रबर फोम पीछे एक ढीली, फटी हुई परत छोड़ गया जो बहुत कम सुरक्षा प्रदान करती थी। इसके विपरीत, एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड और कार्बन मॉलिक्यूलर सीव वाले फोम ने एक मोटी, घनी और निरंतर बाधा छोड़ी। एल्युमीनियम हाइड्रॉक्साइड एक शीतलन एजेंट (cooling agent) के रूप में कार्य करता था, जो ज्वलनशील गैसों और गर्मी को पतला करने के लिए जल वाष्प छोड़ता था, जबकि कार्बन मॉलिक्यूलर सीव ने एक भौतिक कंकाल (skeleton) प्रदान किया जिसने चार को एक साथ थामे रखा। दोनों ने मिलकर सिलिका और कार्बन से बनी एक तंग ढाल बनाई जिसने गर्मी और धुएं को अंदर कैद कर लिया, जिससे उन्हें आग को बढ़ावा देने या कमरे में बाहर निकलने से रोका जा सके।

यह अध्ययन पुष्टि करता है कि यह संयोजन एक शक्तिशाली, दोहरी-परत रक्षा बनाता है। योजक (additives) फोम के रासायनिक टूटने को धीमा करने और आग के खिलाफ एक मजबूत दीवार बनाने के लिए मिलकर काम करते हैं। यह दृष्टिकोण सिलिकॉन रबर फोम को इमारतों और इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयोग करने हेतु बहुत अधिक सुरक्षित बनाने का एक हरा-भरा और कुशल तरीका प्रदान करता है। इन दो सामान्य सामग्रियों के सही संतुलन को खोजकर, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि यह एक ऐसा फोम बनाने का संभव है जो न केवल आग का प्रतिरोध करता है बल्कि हवा को जहरीले धुएं से भी साफ रखता है, जिससे आग के दो सबसे बड़े खतरों को एक साथ संबोधित किया जा सके।