Flame retardancy of polyurethane foam reinforced by hollow glass microspheres and ammonium polyphosphate
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि खोखले ग्लास माइक्रोस्फीयर और अमोनियम पॉलीफॉस्फेट को सम्मिलित करने वाली एक सरल "वन-पॉट" विधि सफलतापूर्वक हाइड्रोफोबिक, लचीला पॉलीयुरेथेन फोम सफलतापूर्वक निर्मित करती है, जिसमें पीक हीट रिलीज रेट में 12.9% की कमी आती है, जो औद्योगिक स्तर के उच्च-प्रदर्शन वाले ज्वाला मंदक स्पंज के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
आग एक निरंतर चलने वाली शक्ति है जो साधारण सामग्रियों को ईंधन में बदल देती है, लेकिन कुछ सामग्रियां अन्य की तुलना में जलने के लिए कहीं अधिक उत्सुक होती हैं। पॉलीयुरेथेन फोम (polyurethane foam), एक हल्का, स्पंजी पदार्थ जो फर्नीचर के कुशन से लेकर भवन निर्माण के इन्सुलेशन तक हर चीज़ में पाया जाता है, ऐसी ही एक सामग्री है। इसकी संरचना, जो हवा के छोटे-छोटे छिद्रों से भरी होती है और इसे एक उत्कृष्ट इन्सुलेटर बनाती है, इसे खतरनाक रूप से ज्वलनशील भी बनाती है। क्योंकि ये छिद्र ऑक्सीजन को कैद कर लेते हैं, इसलिए यह फोम तेजी से आग पकड़ सकता है, तीव्र गर्मी के साथ जल सकता है, और घना, जहरीला धुआं छोड़ सकता है। दशकों से, वैज्ञानिक इस बहुमुखी सामग्री को उसके उपयोगी गुणों को नष्ट किए बिना सुरक्षित बनाने के तरीके खोज रहे हैं। चुनौती ऐसे एडिटिव्स (additives) खोजने में है जो फोम को नरम, हल्का और टिकाऊ रखते हुए, आग को फैलने से रोक सकें, और साथ ही उन रसायनों से बचा सकें जो पर्यावरण या मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक हों।
हाल ही में एक अध्ययन में, चीन के अंकांग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने दो अलग-अलग सामग्रियों को मिलाकर इस समस्या के एक सरल समाधान की खोज की: खोखले ग्लास माइक्रोस्फीयर्स (hollow glass microspheres) और अमोनियम पॉलीफॉस्फेट (ammonium polyphosphate)। टीम ने एक सरल मिश्रण प्रक्रिया के माध्यम से एक नया प्रकार का अग्नि-मंदक (flame-retardant) फोम बनाने का लक्ष्य रखा, जिसे उन्होंने "वन-पॉट मेथड" (one-pot method) कहा। जटिल, बहु-चरणीय निर्माण के बजाय, उन्होंने पॉलीयुरेथेन फोम बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली मानक सामग्रियों में इन दो विशिष्ट घटकों को सीधे मिश्रण में मिला दिया। खोखले ग्लास माइक्रोस्फीयर्स कांच के बने अत्यंत हल्के, खोखले केंद्र वाले सूक्ष्म गोले हैं, जबकि अमोनियम पॉलीफॉस्फेट एक सामान्य, गैर-विषाक्त रसायन है जो आग को रोकने की अपनी क्षमता के लिए जाना जाता है। इन दोनों को आपस में मिलाकर, शोधकर्ताओं का उद्देश्य यह देखना था कि क्या यह संयोजन फोम की संरचनात्मक अखंडता बनाए रखते हुए उसे जलने से बचा सकता है।
उनके प्रयोग के परिणामों ने दिखाया कि नया मिश्रण प्रभावी ढंग से काम करता है। जब शोधकर्ताओं ने सूक्ष्मदर्शी (microscope) के नीचे फोम का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि कांच के गोले और रासायनिक घटक फोम की संरचना में अच्छी तरह से एकीकृत हो गए थे। सामग्री ने अपने परिचित स्पंज जैसे परस्पर जुड़े छिद्रों के नेटवर्क को बरकरार रखा, लेकिन इन छिद्रों की दीवारें अब अतिरिक्त कणों से ढकी हुई थीं। इस एकीकरण की पुष्टि फोम के रासायनिक विश्लेषण से हुई, जिससे पता चला कि इसमें सिलिकॉन और फास्फोरस मौजूद हैं, जो क्रमशः कांच के गोलों और अग्नि-मंदक रसायन में पाए जाने वाले प्रमुख तत्व हैं। इसके अलावा, टीम ने पाया कि उपचारित फोम जल-विकर्षक (water-repellent) भी हो गया था। जब पानी की बूंदें सतह पर डाली गईं, तो वे सोखने के बजाय एक पूर्ण गोले के रूप में सिमट गईं, जो यह दर्शाता है कि नया पदार्थ उन नम वातावरणों का सामना कर सकता है जहाँ अनुपचारित फोम विफल हो सकता है।
सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष तब सामने आए जब टीम ने परीक्षण किया कि आग लगने पर फोम कैसा व्यवहार करता है। ऊष्मा उत्सर्जन (heat release) को मापने वाले एक विशेष उपकरण का उपयोग करते हुए, उन्होंने नए फोम की तुलना मानक, अनुपचारित पॉलीयुरेथेन फोम से की। अनुपचारित फोम तीव्रता से जला, बहुत कम समय में भारी मात्रा में ऊष्मा छोड़ी और कोई सुरक्षात्मक बाधा बनाने में विफल रहा। इसके विपरीत, उपचारित फोम ने अलग तरह से व्यवहार किया। समान गर्मी के संपर्क में आने पर, इसने अपनी सतह पर चार (char) की एक घनी, सुरक्षात्मक परत बना ली। इस 'चार' ने एक ढाल के रूप में कार्य किया, जिसने सामग्री के नीचे तक गर्मी और ऑक्सीजन को पहुँचने से रोक दिया। परिणामस्वरूप, उपचारित फोम ने कुल मिलाकर काफी कम ऊष्मा उत्सर्जित की। ऊष्मा के उत्सर्जन की चरम दर (peak rate) लगभग तेरह प्रतिशत गिर गई, और पूरी जलने की प्रक्रिया के दौरान निकलने वाली कुल ऊष्मा में बीस प्रतिशत की कमी आई।
शोधकर्ताओं ने समझाया कि यह सुधार दोनों एडिटिव्स के सहयोगात्मक प्रयास से आता है। गर्म होने पर, अमोनियम पॉलीफॉस्फेट एक ऐसे पदार्थ को बनाने के लिए टूट जाता है जो फोम को पिघलने के बजाय एक ठोस, कार्बन-समृद्ध परत में बदलने के लिए प्रोत्साहित करता है। साथ ही, यह निष्क्रिय गैसें छोड़ता है जो ज्वलनशील धुएं को पतला कर देती हैं। खोखले ग्लास माइक्रोस्फीयर्स इस प्रक्रिया में सहायता करते हुए 'चार' परत के भीतर एक कठोर कंकाल (skeleton) के रूप में कार्य करते हैं, जिससे यह परत बरकरार रहती है और गर्मी को अंदर जाने से रोकती है। यह संयोजन प्रभावी रूप से आग की प्रगति को धीमा कर देता है और आग द्वारा उत्पन्न की जा सकने वाली ऊर्जा की मात्रा को कम कर देता है। अध्ययन का निष्कर्ष है कि यह सरल, एकल-चरणीय विधि सफलतापूर्वक एक ऐसा पॉलीयुरेथेन फोम बनाती है जो न केवल अधिक सुरक्षित और आग के प्रति अधिक प्रतिरोधी है, बल्कि अधिक जल-प्रतिरोधी भी है, जो हानिकारक रसायनों पर निर्भर हुए बिना भवनों और परिवहन के लिए सुरक्षित सामग्री की ओर एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करता है।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।