Desde o antigo Egito, a longa luta contra o fogo

A descoberta do fogo é muitas vezes apresentada como a mais importante da história do homem, tanto que condicionou o desenvolvimento do género Homossexual. Ao reduzir a quantidade de energia necessária para digerir os alimentos, cozinhar levou a um aumento notável no cérebro.

Lo domínio do fogo parece ter sido adquirido há cerca de 400 anos mesmo que tenham sido detectados vestígios de uso muito mais antigos. No entanto, com a urbanização, o fogo também se tornou uma praga se se espalhar sem controle. Vamos pensar por exemplo ao grande incêndio de Roma em 64 d.C. à catedral de Notre Dame de Paris ou mesmo aos mega-incêndios que agora devastam muitos países.

O que é fogo?

Um incêndio requer a conjunção de três elementos: um combustível, um oxidante e uma fonte de calor, que é chamado de triângulo do fogo. Esses elementos interagem em um processo complexo envolvendo fenômenos físicos como transferência de calor e fenômenos químicos como pirólise da fonte de combustível ou combustão de produtos de pirólise.

Tecnicamente, é feita uma distinção entre reação e resistência ao fogo. A reação ao fogo diz respeito a materiais combustíveis, que provavelmente liberam calor durante sua decomposição sob o efeito da temperatura e na presença de um oxidante (na maioria das vezes, oxigênio presente no ar). A resistência ao fogo diz respeito à capacidade de um elemento de manter sua função de suporte de carga e seu isolamento térmico e propriedades de estanqueidade a gases e fumaça durante um incêndio. Como material combustível utilizado como elemento estrutural em edificações, a madeira se preocupa com esses dois aspectos que exigem normas específicas e testes diferenciados.

Quando se trata de combate a incêndios, existem duas estratégias que não são mutuamente exclusivas. O primeiro prevê o uso dos chamados dispositivos ativos em caso de incêndio: extintores de incêndio, detectores de fumaça ou extintores automáticos de água. A segunda é usar materiais que contribuam o mínimo possível para a propagação do fogo.

à prova de fogo

Muitos materiais, como a maioria dos plásticos ou madeira, são inerentemente altamente combustíveis, e é necessário incorporar aditivos chamados retardadores de chama, os quais, incorporados ou sobre a superfície de um material combustível, visam alterar seu comportamento, interrompendo o triângulo do fogo. .

Seus efeitos são principalmente retardar o aparecimento da chama, diminuir a velocidade de sua propagação, reduzir a liberação de calor e a potência do fogo, limitar a opacidade da fumaça e sua toxicidade. Todos esses efeitos são avaliados por meio de testes padronizados de reação ao fogo. Eles levam a classificações que determinam o uso potencial do material em uma determinada aplicação de acordo com os regulamentos. Não existe um retardador de chama universal. Um sistema ignífugo deve ser adaptado ao material que se pretende proteger, tendo em conta nomeadamente o seu processo de decomposição. Além disso, a escolha de um retardante de chama também é orientada pelo processo de fabricação do material e não deve alterar significativamente as propriedades funcionais esperadas.

Arqueólogos colocam os primórdios da proteção contra fogo na antiguidade. Os egípcios, por volta de 400 aC. J.-C., utilizava minerais para tornar certos tecidos resistentes ao fogo, como o algodão ou o linho. Mais tarde, durante o cerco de Pireu (23 aC), soluções de alúmen foram usadas para tornar as muralhas de madeira resistentes ao fogo. Foi então necessário esperar até 18 de junho de 1735 para que o inglês Obadiah Wyld depositasse a primeira patente, patente número 551, no tratamento do algodão. No século XNUMX, a pedido do rei da França, Luís XVIII, foi necessário encontrar um sistema eficaz para evitar incêndios em teatros parisienses iluminados por velas. Joseph Louis Gay Lussac em seguida, registrou uma patente sobre o uso de uma mistura de fosfato de amônio, cloreto de amônio e bórax para a proteção contra fogo de cortinas em teatros.

retardadores de chamas

Existem várias famílias de retardantes de chama, baseadas em diferentes elementos químicos e com vários modos de ação. Historicamente, o moléculas halogenadas contendo cloro ou bromo, têm sido amplamente utilizados devido à sua eficácia, mesmo em pequenas quantidades. Essas moléculas atuam interrompendo as reações de combustão que ocorrem na chama, promovendo sua extinção e limitando a quantidade de energia liberada. Isto é então referido como inibição de chama. No entanto, a natureza tóxica de certos compostos halogenados levou à sua proibição. Devido à impossibilidade de distinguir facilmente durante a reciclagem os moléculas bromadas autorizados daqueles proibidos, não é mais possível reciclar plásticos ignífugos por esses retardadores de chama. Além disso, essas moléculas levam à formação de fumaça opaca e corrosiva durante o incêndio. Por todas estas razões, esta família de retardadores de chama está agora cada vez mais na berlinda.

É substituído principalmente por retardadores de chama de fósforo. Estes são de uma variedade muito ampla e, portanto, podem atuar de acordo com diferentes modos de ação. No entanto, o principal modo de ação continua sendo a promoção de uma camada residual na superfície do combustível protegendo a parte sadia do material. A estratégia consiste em interromper as reações de pirólise (decomposição do material sob ação do calor) e promover a formação de um resíduo rico em carbono e termicamente estável denominado “char”. Alguns sistemas particularmente eficazes são chamados intumescentes porque o carvão forma uma camada expandida, isolante e muito protetora. Este tipo de sistema intumescente é utilizado principalmente em revestimentos para proteção de elementos metálicos ou de madeira.

Podemos citar também os hidróxidos metálicos, que são baratos, mas proporcionalmente menos eficazes e que, portanto, devem ser incorporados em altas taxas (até 65% em massa nas bainhas externas dos cabos) para produzir um efeito perceptível. Sob o efeito da temperatura, essas partículas liberam água na forma de vapor por decomposição endotérmica, ajudando assim a resfriar o material e diluir os combustíveis na chama.

Existem outros produtos químicos, à base de nitrogênio (melamina), boro (borato de zinco) ou estanho (hidroxiestanato), por exemplo. A nanotecnologia também é usada há quinze anos no campo da proteção contra incêndio. As nanopartículas do tipo argila lamelar ou nanotubo de carbono promovem o caráter isolante do carvão formado, mesmo em níveis baixos. Mas eles são insuficientes por si só para fornecer proteção geral para o material.

E a madeira?

Em geral, materiais de origem orgânica (do mundo vivo) como petróleo, madeira ou carvão têm em comum uma composição rica em átomos de carbono e hidrogênio, passíveis de serem oxidados. São, portanto, combustíveis. A madeira é um material de estrutura complexa com composição química elementar composta por metade de carbono (50%), oxigênio (44%) e uma pequena quantidade de hidrogênio (6%).

Não muito densa, a madeira tem uma capacidade natural de carbonização, ou seja, uma camada protetora de carbonização se forma entre a madeira saudável e as chamas. Durante a sua combustão, a madeira perderá primeiro água para ficar completamente seca a 120°C. Em seguida, sua estrutura se decompõe gradualmente com o aumento da temperatura. Seus constituintes são relativamente estáveis ​​até 250°C, temperatura acima da qual se observa uma liberação de fumaça. A 320°C, a quantidade de gás é tal que pode inflamar a madeira no ar. A pirólise ocorre principalmente até 500°C, após o que resta apenas carvão (carvão), que pode se decompor lentamente por oxidação. Embora a camada de carvão retarde a pirólise do som subjacente à madeira, sua resistência mecânica é, por outro lado, insignificante. À medida que a pirólise progride, a seção útil de um elemento estrutural de madeira é reduzida, assim como sua capacidade de carga.

Os retardadores de chama utilizados para a ignifugação da madeira pertencem às famílias acima mencionadas (fósforo, boro, azoto, hidróxidos metálicos). No entanto, ao contrário dos plásticos, não é possível integrar esses aditivos durante a fabricação da madeira. A ignifugação, portanto, ocorre de duas formas: a deposição de um revestimento superficial (tinta, verniz) e a impregnação no centro da madeira, ou seja, na parte oca – chamada de lúmen – das células da madeira, por processo de autoclave. Isso envolve o preenchimento de todos os lúmens, primeiro desgaseificando sob vácuo e, em seguida, forçando a penetração do retardante de chama por sobrepressão. Esta solução mais complexa permite evitar a deterioração do caráter ignífugo em caso de defeitos superficiais. No caso de um revestimento, se for alterado, ele não pode mais desempenhar seu papel ignífugo e deixa a madeira desprotegida em caso de incêndio.

Este artigo foi co-escrito com Clément Lacoste (IMT – Mines Alès), Laurent Ferry (IMT – Mines Alès) e Henri Vahabi (Universidade de Lorraine).

Rodolphe Sonnier, Mestre Adjunto das Escolas de Minas, IMT Mines Alès – Instituto Minas-Telecom

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob licença Creative Commons. Leia oartigo original.

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