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標題: 新型無毒保水凝膠阻燃對抗野火損害 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2024-9-8 07:41 AM 標題: 新型無毒保水凝膠阻燃對抗野火損害

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　　近年來世界各地森林野火或山火頻發為生命財產帶來巨大損失。野火對那些荒地與城市交界處(WUI)的人們的生命安全極具威脅性﹐同時對社會的經濟﹑關鍵基礎設施造成嚴重破壞。美國科學家最近開發出一種噴霧凝膠有望更有效地保護和減少野火對建築物的損害。
　　目前﹐美國農業部林務局常用的阻燃劑有長期阻燃劑﹑泡沫抑制劑﹑保水凝膠。長效阻燃劑通常會加水稀釋後由飛機投放到目標上﹐其阻燃效果是藉由磷酸銨等阻燃化學物質﹐降低植被燃燒的強度以阻止火勢繼續增強。而化學泡沫和保水凝膠都只能起到短期滅火劑的作用﹐且化學泡沫中的全氟化界面活性劑容易對環境造成傷害﹐而保水凝膠中的水分則容易在高溫和強風的環境中﹐迅速乾燥並失去防火的作用。
　　為此人們急需開發新型﹑對環境友善的野火阻燃劑以改善野火管理工作。這次美國史丹佛大學和加州理工州立大學的研究人員開發了一種對環境友善且防火能力佳的新型保水(增水)凝膠﹐比市場上現有的凝膠持續時間更長且防火效果更有效。這項研究成果於8月21日發表在《先進材料》雜誌上。
　　研究人員設計的這種保水凝膠﹐由美國林務局批准使用的無毒成分製成﹐其主要材料由MHEC(甲基2-羥乙基纖維素)和CSP(多醣與二氧化矽奈米膠體顆粒)混合而成。這些材料容易被土壤微生物分解﹐還可以穩定儲存﹑使用標準設備快速噴灑作業﹐讓這些保水凝膠牢固地黏著在房屋和關鍵基礎設施上﹐形成一層厚厚的潮濕屏蔽層﹐且凝膠即便老化也具有防火效果。
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　　當野火燃燒時會使周圍的空氣變得極其乾燥且高溫(可達100°C)﹐這會將厚厚的潮濕屏蔽中的水氣逼出﹐以此形成第一道保護層確保建築不會快速燃燒起來。等待水分蒸發把纖維素燃燒完畢後﹐水凝膠中的二氧化矽顆粒會留下來形成一層泡沫層(氣凝膠)﹐它將變成第二道防護層阻燃火焰。這個原理是利用二氧化矽泡沫本身的良好隔熱絕緣特性以及二氧化矽的熔點在1700°C左右。
　　試驗過程中﹐研究人員將三種水凝膠分別塗抹在膠合板上(合成木板)﹐形成一層0.25英寸(0.6公分)的薄膜。這些凝膠分別是現有的商業用水凝膠﹐一款含有HEC(羥乙基纖維素)﹑MC(甲基纖維素)和CSP(多醣與二氧化矽奈米膠體顆粒)的凝膠﹐和他們新研製的含有MHEC和CSP的水凝膠。
　　他們使用燃氣噴燈(火焰溫度1700~2054°C)對它們進行燃燒﹐以模擬野火火焰(火焰溫度797~1197°C)﹐觀看它們對合成木板的保護程度。結果顯示商業水凝膠產品只堅持不到90秒﹐新研製的含有MHEC和CSP的水凝膠可以抵抗噴燈超過5分鐘﹐不讓合成木板變黑。而含有MC﹑HEC和CSP的水凝膠雖然可抵抗噴燈超過7分鐘﹐但它存在容易老化和對環境不夠友善的問題。
　　科學家表示﹐這款新型的保水水凝膠其阻燃性能取決於其儲水能力和耐高溫的二氧化矽氣凝膠﹐即便在高溫﹑乾燥的環境下也依然保持作用﹐非常適合用於建築物上和森林上﹐以保護他們免於野火的傷害。史丹佛大學工程學院材料科學與工程研究人員表示﹐「在典型的野火條件下﹐商業的保水凝膠會在45分鐘內乾燥。而我們開發的凝膠具有更廣泛的應用範圍﹐可以在火災發生前噴灑﹐具有良好的保護作用﹐即便遇到火災時也能發揮作用。」。
　　研究人員解釋說﹕「我們的水凝膠遇火﹐裡面的水會先沸騰﹐之後裡面的纖維素會被燃燒﹐最後只剩下二氧化矽顆粒聚集成泡沫﹐而它具有高度絕緣性能夠分散熱量以保護其下方的基材﹐且這些殘留物只需要用水就能清洗。」「目前這種保水凝膠對人類和環境都是安全的。未來我們會持續優化它﹐進行更多的應用和評估﹐以保護人們的關鍵基礎設施。」。

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