Ricerca sulla protezione antincendio: materiali che sfidano il fuoco
Schwer entflammbare Materialien sind überall dort unabdingbar, wo sich grosse Menschenmengen aufhalten. Die Empa entwickelt solche Werkstoffe für ganz unterschiedliche Anwendungen. Welche Hürden es dabei zu überwinden gilt, erklärt Empa-Forscher und Materialexperte Sabyasachi Gaan.
Sabyasachi Gaan, quando si parla di materiali ignifughi e non infiammabili?
I termini «ritardante di fiamma» e «non infiammabile» sono spesso confusi, ma hanno significati molto diversi. I materiali ignifughi sono generalmente infiammabili, ma difficilmente incendiabili. Questo ritarda la propagazione degli incendi e lascia più tempo per l'evacuazione delle persone e l'arrivo dei vigili del fuoco. I materiali ignifughi sono per lo più materiali organici. Alcuni di essi sono intrinsecamente infiammabili, altri sono resi ignifughi, ad esempio attraverso additivi, impregnazioni o rivestimenti. I materiali non infiammabili, invece, sono solitamente inorganici, come pietre, cemento, metalli, ceramica e vetro. Sono considerati ignifughi e forniscono un'eccellente protezione contro gli incendi.
Dove sono necessari i materiali ignifughi?
La protezione antincendio è necessaria ovunque le persone si muovano in pubblico e ci sia il rischio di incendio: edifici per uffici, teatri, stadi, ospedali e così via. Non solo l'edificio stesso deve essere ignifugo, ma anche i mobili e gli arredi interni. I materiali ignifughi sono richiesti anche nei treni, negli aerei e nell'industria. Inoltre, anche l'abbigliamento protettivo per i vigili del fuoco, la polizia, i militari e alcuni settori industriali deve essere ovviamente ignifugo.
Quali materiali di protezione antincendio sviluppa l'Empa?
Nel mio gruppo di ricerca lavoriamo con materiali organici. Abbiamo già sviluppato rivestimenti per il legno e additivi per materiali a base di legno. Un'altra attenzione è rivolta ai polimeri ignifughi, come le schiume poliuretaniche, le fibre di poliestere o la resina epossidica. Questi polimeri sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, ad esempio nell'edilizia, nei trasporti e nell'arredamento. Altri gruppi di ricerca dell'Empa stanno lavorando su ulteriori materiali ignifughi a base di legno e su materiali inorganici non infiammabili. Per supportare i servizi di emergenza nella lotta agli incendi, l'Empa sta anche sviluppando indumenti protettivi efficienti e un «FireDrone» resistente al calore.
Quali sono le sfide nello sviluppo di materiali ignifughi?
Ci sono sfide tecniche, economiche ed ecologiche. Oltre alla protezione antincendio, ogni nuovo materiale deve soddisfare lo scopo a cui è destinato. Se si rende un materiale ignifugo, si modificano sempre anche altre proprietà. Può accadere che si migliori il comportamento al fuoco ma si peggiori la resistenza agli agenti atmosferici o la rigidità, oppure che il materiale diventi più impegnativo da lavorare.
Il nuovo materiale dovrebbe quindi essere innocuo per le persone e per l'ambiente. Anche il processo di produzione deve avere il minor impatto possibile sull'ambiente, ad esempio evitando l'uso di determinati solventi. Infine, naturalmente, il tutto deve essere economico, cioè non deve costare troppo. Quando sviluppiamo materiali ritardanti di fiamma, dobbiamo bilanciare questi tre fattori. Per trovare la soluzione migliore, dobbiamo capire e prendere in considerazione l'applicazione esatta del materiale.
Progetti forti
I ricercatori dell'Empa stanno sviluppando indumenti protettivi per i vigili del fuoco (1), assorbitori acustici filigranati e non infiammabili (2), materiali in legno ignifughi grazie agli enzimi del melone (3), materiali compositi riciclabili per aerei e treni (4) e il FireDrone (5), in grado di resistere al calore estremo.
1. abbigliamento protettivo
I vigili del fuoco devono essere in grado di operare in zone pericolose. I ricercatori dell'Empa stanno quindi lavorando per ridurre l'esposizione alle radiazioni termiche esterne e lo sviluppo di vapore all'interno degli indumenti protettivi. I manichini intelligenti e i gemelli digitali sono importanti «partner di ricerca». Oltre ai tessuti isolanti e termo-riflettenti, si stanno sviluppando sistemi integrati di allerta precoce che forniscono informazioni in tempo reale sull'esposizione e consentono previsioni personalizzate su quanto tempo i soccorritori possono rimanere nella zona di pericolo.
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2. materiali isolanti
Sottili, personalizzati e incombustibili: i ricercatori dell'Empa hanno sviluppato, in collaborazione con l'azienda de Cavis, degli innovativi assorbitori acustici in schiuma minerale. Non solo sono significativamente più sottili dei materiali convenzionali, ma possono anche essere progettati specificamente per diverse gamme di frequenza. Essendo costituiti quasi interamente da gesso o cemento, non sono infiammabili e non rilasciano gas tossici o particelle nocive.
3. materiale in legno
Ciò che oggi finisce nel forno potrebbe proteggere le case domani. I ricercatori dell'Empa e del Politecnico di Zurigo hanno trovato il modo di trasformare la segatura in un materiale ibrido meno infiammabile utilizzando un legante minerale cristallino. Hanno utilizzato un enzima ricavato dai semi delle angurie per creare un composto solido grazie a una cristallizzazione controllata. Il nuovo materiale da costruzione non è solo robusto e ignifugo, ma anche riciclabile.
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4. materiali compositi
Gli aerei e i treni passeggeri sono soggetti a severi requisiti di protezione antincendio, ma allo stesso tempo devono essere meccanicamente robusti e il più leggeri possibile. I compositi rinforzati con fibre di vetro e di carbonio soddisfano questi requisiti, ma finora erano quasi impossibili da riciclare. I ricercatori dell'Empa sono riusciti a produrre un nuovo tipo di resina epossidica che è al contempo ignifuga e riciclabile. Nell'ambito di un progetto Innosuisse con l'azienda svizzera Elantas, stanno ora lavorando per commercializzare il materiale.
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5. FireDrone
I vigili del fuoco e gli ispettori industriali devono spesso lavorare in condizioni estreme, sia per valutare i pericoli, localizzare le vittime o ispezionare le infrastrutture. Il «FireDrone» sarà il primo drone a fornire dati in tempo reale da aree ad alto rischio, troppo pericolose per l'uomo e per i droni convenzionali, anche a temperature estreme. Sviluppato all'Empa e portato avanti da uno spin-off, il drone di nuova generazione combina l'isolamento in aerogel di poliimmide resistente al calore con una pratica robotica.
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Informazioni sulla persona: Sabyasachi Gaan
Lo scienziato dell'Empa Sabyasachi Gaan è a capo del team „Additivi e chimica“ del laboratorio „Fibre avanzate“ di San Gallo. Tra le altre cose, è specializzato nella ricerca di sostanze ritardanti di fiamma.
