Umjetna lava štiti od požara

Nije bilo lako napadati tvrđave jer su tvrđave građene baš zato da se brane: na napadače je s bedema padalo kamenje, koplja i strelice, na njih su izlijevali vrelu smolu i kipuće ulje. Trebalo je to izdržati. Od udaraca se moglo zaštititi drvenim štitom, bolje reći krovnom konstrukcijom koju su napadači držali iznad sebe – ali kako se zaštititi od vatre? Odgovor je: ovčjim runom i stipsom. Kada se naime neostružena ovčja koža impregnira stipsom – kalijevim aluminijevim sulfatom, KAl(SO₄)₂·12H₂O – dobiva se materijal kojemu vatra ne može ništa. Stipsa je bila, modernim rječnikom rečeno, prvi usporivač vatre, vatrootporan (FR).

Danas nitko nikoga ne polijeva zapaljenim uljem, u svojoj se kući ne treba bojati ni strelica ni kupanja, pa se opet malo toga promijenilo. Mala nepažnja i lako ćemo se opeći vrelim uljem, ulje u fritezi lako se zapali ako se brblja preko mobitela ili gledaju sapunice umjesto da se kuha, a onda treba biti jako sabran da se želi ugasiti požar – ulijevanjem vode ili izlijevanjem ulja – ne učini požar još većim. (Najjednostavnije i najbolje je zapaljeno ulje gasiti tako da se lonac ili tava poklopi poklopcem ili vlažnom krpom.)

Davno sam čitao kako najveći tadašnji francuski putnički brod nije imao ništa drveno osim mesarske daske. To ga je trebalo učiniti sigurnim od požara. No brodovi unatoč tome gore, a još više gore kuće. Da ironija tehnološkog napretka bude veća, kuće će sve lakše gore zbog napretka tehnologije. Nekoć se toplinska zaštita postizala upotrebom šuplje cigle – danas za to služi poliuretanska pjena. Poliuretanska pjena se lako pali i lako gori, a usto pri gorenju ispušta vrele otrovne plinove čije je udisanje glavni uzrok smrti od požara.

Gdje je rješenje? Rješenje je u pronalasku dobrog usporivača vatre, dakle tvari čiji će se premaz, stipse u stara vremena, odvojiti da ono što je pod njom – bilo da je to poliuretanska pjena, drvo ili čak kovina – zahvatiti vatru.

Jedan takav usporivač vatre izumili su kineski znanstvenici te su njegov sastav i svojstva opisali u časopisu Materija. Riječ je o premazu temeljenom na mikrometarskim i nanometarskim strukturama čije je djelovanje inspirirano vulkanskim lavom, njezinim tečenjem i hlađenjem: „Mikro/nanostrukturirani organsko-anorganski hibridni premaz za gašenje požara inspiriran lavom“.

Iza toga dugog i kompliciranog naslova krije se jedna posve jednostavna trokomponentna smjesa. Ona se sastoji od oko 40 % staklenih kuglica (GP, čestice stakla), umjesto staklene prašine, 5% bor nitrida (BN) tkanine i oko 50% PVH polimera, koji se koristi za zaštitu od požara. Komponente su u sloju debljine 100 µm (0,1 mm) koji se nanosi na jednako debeli sloj čistog PVH polimera.

Tajna novog usporivača vatre je prije svega u keramičkom materijalu, točnije u lakotaljivom staklukoje na temperaturi iznad 350 ^oC počinje teći po vatrom zahvaćenoj površini poput lave po obroncima vulkana. Ono zatvara pukotine koje nastaju na već stvorenom sloju nastalom karbonizacijom polimera, dakle po smjesi ugljena (grafita) i borova nitrida. Tako nastaje zaštitni keramički sloj koji s jedne strane pruža prodor zraka, kao i druge pruža toplinsku zaštitu. Toplinska vodljivost vatrom netaknutog sloja iznosi 0,0133 W/m K, a onoga kojeg je vatra pri temperaturi od 700 ^oC sasvim izmijenila 0,0897 W/m K, što je slično izolacijskim svojstvima flanela (0,064 W/m K) ili vune (0,033 W/m K).

I na kraju, trenutak istine: koliko dobro novi “vulkanski” usporivač požara štiti poliuretan od požara?

Kada se plinski plamenik, s temperaturom plamena od oko 1.100 ^oC, prisloni uz poliuretansku ploču, ona će se zapaliti za manje od jedne sekunde – jer se poliuretan pali već na 269 ^oC. Nasuprot tome, „vulkanskim“ premazom zaštićena ploča jedva da će osjetiti plamen. Na kraju od nezaštićene ploče ostaje tek malo ugljena, dok se ploča premazana usporivačem vatre gasi sama od sebe – čim se ukloni plamen.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnom zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još se od studentskih dana bavi popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te desetak znanstveno-popularnih knjiga.