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

Il fuoco è una forza implacabile, ma i materiali con cui costruiamo non devono necessariamente arrendersi facilmente ad esso. Nel mondo della sicurezza antincendio, i ricercatori cercano costantemente modi per impedire ai materiali di bruciare o per rallentare la propagazione delle fiamme e del fumo. Uno di questi materiali è la gomma siliconica espansa, una sostanza leggera e flessibile utilizzata per sigillare le fessure negli edifici e proteggere l'elettronica delicata. Sebbene resista bene al calore, la gomma siliconica espansa pura può comunque prendere fuoco e rilasciare un fumo denso e pericoloso. Per risolvere questo problema, gli scienziati aggiungono spesso sostanze che assorbono il calore o creano una barriera protettiva quando il materiale si scalda. Due aiuti comuni sono l'idrossido di alluminio, un minerale che rilascia vapore acqueo quando riscaldato per raffreddare le cose, e i setacci molecolari di carbonio, che sono strutture di carbonio porose con minuscoli fori in grado di intrappolare i gas. La sfida è stata trovare la giusta miscela di questi aiuti per rendere la schiuma sicura senza renderla pesante o fragile.

Un team di ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Xi'an e di altre istituzioni in Cina si è posto l'obiettivo di risolvere questo enigma. Volevano vedere se combinando l'idrossido di alluminio con i setacci molecolari di carbonio si sarebbe creato uno scudo migliore contro il fuoco e il fumo rispetto all'uso di uno solo di essi. Hanno preso la gomma siliconica espansa e hanno mescolato diverse quantità di questi due additivi, creando una serie di campioni di prova. Il loro obiettivo era semplice: trovare la ricetta perfetta che rendesse la schiuma resistente alla combustione, impedisse l' gocciolamento e riducesse drasticamente la quantità di fumo prodotta quando brucia.

Il team ha testato le loro creazioni utilizzando metodi standard per misurare la loro resistenza al fuoco. Hanno controllato quanto ossigeno fosse necessario al materiale per continuare a bruciare, come si comportava in un test di combustione verticale e quanta quantità di calore e fumo venisse rilasciata in una simulazione di incendio controllata. Hanno scoperto che l'aggiunta di solo idrossido di alluminio o solo di setacci molecolari di carbonio aiutava, ma la vera svolta arrivò quando li hanno mescolati insieme. Il campione con le migliori prestazioni conteneva cinque parti di idrossido di alluminio e due parti di setaccio molecolare di carbonio per ogni cento parti di schiuma. Questa specifica miscela ha cambiato drasticamente il comportamento del materiale. È diventato molto più difficile da accendere, richiedendo una concentrazione di ossigeno molto più alta per rimanere acceso, e ha superato la più severa valutazione di sicurezza per la combustione verticale senza gocciolamento di materiale fuso.

Quando hanno sottoposto questa miscela ottimale a un calore intenso, i risultati sono stati sorprendenti. La quantità massima di calore rilasciata dal materiale è diminuita significamente rispetto alla schiuma pura, e il calore totale emesso nel tempo è stato tagliato di oltre la metà. Ancora più impressionante è stato l'effetto sul fumo. Il tasso di produzione di fumo è sceso di oltre il settanta per cento e la quantità totale di fumo generata è stata ridotta di quasi il novantaquattro per cento. In termini pratici, questo significa che se un incendio dovesse scoppiare in una stanza rivestita con questa schiuma trattata, le fiamme sarebbero più deboli, il calore sarebbe meno intenso e l'aria rimarrebbe molto più limpida per molto più tempo, dando alle persone più tempo per evacuare.

Per capire perché questa miscela funzionasse così bene, i ricercatori hanno esaminato attentamente ciò che restava dopo che l'incendio si era spento. Hanno esaminato il residuo carbonioso, o la crosta che si forma sulla superficie dei materiali in combustione. La gomma siliconica espansa pura lasciava dietro di sé uno strato sciolto e crepato che offriva poca protezione. Al contrario, la schiuma con l'idrossido di alluminio e il setaccio molecolare di carbonio ha lasciato dietro di sé una barriera spessa, densa e continua. L'idrossido di alluminio ha agito come agente di raffreddamento, rilasciando vapore acqueo per diluire i gas infiammabili e il calore, mentre il setaccio molecolare di carbonio ha fornito uno scheletro fisico che teneva insieme il residuo. Insieme, hanno formato uno scudo stretto fatto di silice e carbonio che intrappolava calore e fumo all'interno, impedendo loro di alimentare l'incendio o di uscire nella stanza.

Lo studio conferma che questa combinazione crea una potente difesa a doppio strato. Gli additivi lavorano insieme per rallentare la decomposizione chimica della schiuma e costruire un muro robusto contro il fuoco. Questo approccio offre un modo ecologico ed efficiente per rendere la gomma siliconica espansa molto più sicura per l'uso in edifici ed elettronica. Trovando il giusto equilibrio tra questi due materiali comuni, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile creare una schiuma che non solo resiste al fuoco, ma mantiene anche l'aria libera dal fumo tossico, affrontando due dei maggiori pericoli in un incendio contemporaneamente.