พอลิไอโซไซยานูเรต (PIR) จะมีโครงสร้างวงแหวนของไอโซไซยานูเรตสามารถปรับปรุงการทนต่อความร้อนและเปลวไฟของพอลิยูรีเทนโฟมได้
การเกิดวงแหวนไอโซไซยานูเรททำได้จากการใช้สารหลักได้ไอโซไซยานูเรตจำนวนเกินพอกับพอลิออล โดยใช้สารเร่งปฎิกิริยาชนิดพิเศษ
โครงสร้างวงแหวนไอโซไซยานูเรตนี้ มักจะเปราะยากต่อการใช้งานถึงแม้จะทนต่อการเผาไหม้ ดังนั้นโฟมที่นำไปใช้งานจึงมักเป็นโฟมแบบผสม ระหว่างโครงสร้างยูรีเทนกับไอโซไซยานูเรต แต่เรียกว่าโฟมพอลิไอโซไซยานูเรต หรือ โฟม PIR แสดงโครงสร้างตามแผนภาพต่อไปนี้
พอลิยูรีเทนโฟม (PUR Foam) และ พอลิไอโซไซยานูเรตโฟม (PIR Foam) มีลักษณะภายนอกที่คล้ายคลึงกันมาก
คุณสมบัติการทนความร้อนของ โฟม PUR เปรียบเทียบกับโฟม PIR
โฟม PIR มีคุณสมบัติทนความร้อนได้ดี เนื่องจากอุณหภูมิสลายตัวอยู่ที่ 400°C ขณะที่โฟม PUR จะอยู่ที่ 230-250 °C ดั้งนั้น โฟม PIR สามารถที่จะใช้งานที่อุณหภูมิ 150 °C ได้อย่างต่อเนื่อง ขณะลุกไหม้ PIR จะเกิดผิวดำเกรียม (Char) มากกว่า โฟม PUR ผิวเกรียมนี้จะช่วยป้องกันก๊าซออกซิเจนสัมผัสเนื้อโฟมที่อยู่ด้านใน ซึ่งเป็นการป้องกันไฟลาม
โครงสร้างวงแหวนไอโซไซยานูเรตนี้ มักจะเปราะยากต่อการใช้งานถึงแม้จะทนต่อการเผาไหม้ ดังนั้นโฟมที่นำไปใช้งานจึงมักเป็นโฟมแบบผสม ระหว่างโครงสร้างยูรีเทนกับไอโซไซยานูเรต แต่เรียกว่าโฟมพอลิไอโซไซยานูเรต หรือ โฟม PIR แสดงโครงสร้างตามแผนภาพต่อไปนี้
พอลิยูรีเทนโฟม (PUR Foam) และ พอลิไอโซไซยานูเรตโฟม (PIR Foam) มีลักษณะภายนอกที่คล้ายคลึงกันมาก
คุณสมบัติการทนความร้อนของ โฟม PUR เปรียบเทียบกับโฟม PIR
โฟม PIR มีคุณสมบัติทนความร้อนได้ดี เนื่องจากอุณหภูมิสลายตัวอยู่ที่ 400°C ขณะที่โฟม PUR จะอยู่ที่ 230-250 °C ดั้งนั้น โฟม PIR สามารถที่จะใช้งานที่อุณหภูมิ 150 °C ได้อย่างต่อเนื่อง ขณะลุกไหม้ PIR จะเกิดผิวดำเกรียม (Char) มากกว่า โฟม PUR ผิวเกรียมนี้จะช่วยป้องกันก๊าซออกซิเจนสัมผัสเนื้อโฟมที่อยู่ด้านใน ซึ่งเป็นการป้องกันไฟลาม
ฉนวนความร้อน คือ วัตถุหรือวัสดุที่มีความสามารถในการสกัดกั้นความร้อนไม่ให้ส่งผ่านจากด้านใดด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งได้ง่าย ฉนวนกันความร้อนที่ดีจะทำหน้าที่ต้านทานหรือป้องกันมิให้พลังงานความร้อนส่งผ่านจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งได้สะดวก
การเลือกใช้งานฉนวนกันความร้อน
- พิจารณาจากประสิทธิภาพในการต้านทานความร้อน (ค่าR) มีหน่วยเป็น ตารางเมตร-องศาเคลวินต่อวัตต์ (Thermal resistance – R value, m2K/W)
- สภาพการนำความร้อน (ค่า K) มีหน่วยเป็น วัตต์ต่อเมตร-องศาเคลวิน (Thermal conductivity – K value, W/m.K)
ลักษณะของวัสดุฉนวนกันความร้อน
- อลูมิเนียมฟอยล์ มีความมันวาวของผิวแผ่นฟอยล์ มีคุณสมบัติในการสะท้อนความร้อน
- แบบโฟม ทนทานต่อกรดและด่าง น้ำหนักเบา แข็งแรง สามารถคงสภาพเดิมได้แม้จะโดนน้ำหรือความชื้น
- ใยแก้ว มีโพรงอากาศเล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งแทรกอยู่ระหว่างเส้นใยแก้ว ทำหน้าเก็บกักความร้อนไว้
- ใยหิน จัดเป็นเส้นใยจากธรรมชาติที่ไม่มีสารประกอบของแอสเบสตอส (Asbestos) จึงปลอดภัยต่อสุขภาพ สามารถกันความร้อนและดูดซับเสียง เทียบเท่ากับฉนวนกันความร้อนใยแก้ว และสามารถทนไฟได้ดีกว่า
การเลือกใช้งานฉนวนกันความร้อน
- พิจารณาจากประสิทธิภาพในการต้านทานความร้อน (ค่าR) มีหน่วยเป็น ตารางเมตร-องศาเคลวินต่อวัตต์ (Thermal resistance – R value, m2K/W)
- สภาพการนำความร้อน (ค่า K) มีหน่วยเป็น วัตต์ต่อเมตร-องศาเคลวิน (Thermal conductivity – K value, W/m.K)
ลักษณะของวัสดุฉนวนกันความร้อน
- อลูมิเนียมฟอยล์ มีความมันวาวของผิวแผ่นฟอยล์ มีคุณสมบัติในการสะท้อนความร้อน
- แบบโฟม ทนทานต่อกรดและด่าง น้ำหนักเบา แข็งแรง สามารถคงสภาพเดิมได้แม้จะโดนน้ำหรือความชื้น
- ใยแก้ว มีโพรงอากาศเล็กๆ จำนวนมาก ซึ่งแทรกอยู่ระหว่างเส้นใยแก้ว ทำหน้าเก็บกักความร้อนไว้
- ใยหิน จัดเป็นเส้นใยจากธรรมชาติที่ไม่มีสารประกอบของแอสเบสตอส (Asbestos) จึงปลอดภัยต่อสุขภาพ สามารถกันความร้อนและดูดซับเสียง เทียบเท่ากับฉนวนกันความร้อนใยแก้ว และสามารถทนไฟได้ดีกว่า
โพลียูริเทน คือ หนึ่งในวัสดุที่มีความหลากหลายมากที่สุดในปัจจุบันนี้ อาจจะเป็นโฟมนิ่ม (Flexible Foam) ในเฟอร์นิเจอร์ รวมไปถึงฉนวนโฟมแข็ง (Rigid Foam) ในผนังและหลังคา หรือเป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกสำหรับอุปกรณ์การแพทย์ เป็นพื้นรองเท้า วัสดุเคลือบผิว กาว ซีล พื้นยางสังเคราะห์ และวัสดุตกแต่งภายในรถยนต์
โพลียูริเทนเป็นโพลีเมอร์อินทรีย์ ที่คิดค้นในประเทศเยอรมัน ในยุค 1960 มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างยาง และพลาสติก คุณสมบัติเด่น คือ เป็นฉนวนกันความร้อน ดูดซับเสียง คงทนต่อสภาพแวดล้อม ทนน้ำมัน ยืดหยุ่นตามการออกแบบสูตรการผลิต
โพลียูริเทนเกิดจากปฏิกิริยาเคมีของสารหลัก 2 ชนิด คือ โพลิออล และไดไอโซไซยาเนต ในสารเร่งปฏิกิริยา และสารเติ่มแต่งที่เหมาะสม เนื่องจากความหลากหลายของชนิดสารหลักที่ใช้ โพลียูริเทนจึงมีคุณสมบัติ ที่หลากหลายและกว้างขวางมาก สามารถผลิตได้คุณลักษณะตามความต้องการที่จะใช้งานแต่ละอย่าง
โพลียูริเทน ส่วนใหญ่เป็นพลาสติกชนิดเทอร์โมเซตติ้ง ซึ่งมีคุณสมบัติไม่หลวมเหลวและไม่เสียรูป เมื่อมีอุณหภูมิสูงเหมือนพลาสติก
โฟมโพลียูริเทน คือการผลิตโพลียูริเทนที่มีการใช้สารพองตัว (Bowing Agent) ในการทำปฏิกิริยาระหว่างโพลิออลและไดไอโซไซนาเนต โดยจะเกิดการขยายตัว 20-100เท่า เกิดเป็นวัสดุที่มีลักษณะโครงสร้างเซลล์ทั้งชนิดที่เป็นเซลล์เปิด เซลล์ปิด หรือเซลล์กึ่งปิดกึ่งเปิด
โฟมชนิดเซลล์ปิดจะยอมให้ไอสารซึมผ่านได้น้อยกว่าเซลล์แบบเปิด ดังนั้นกรณีที่เลือกใช้โฟมแข็งแบบเซลล์เปิด จึงต้องมีการใช้แผ่น Vapor Barrier ด้วย สำหรับงานด้านฉนวนกันความร้อนมักจะเลือกโฟมโพลียูริเทนชนิดที่มีเซลล์ปิดสูงมากกว่า 90% เพื่อประสิทธิภาพการเป็นฉนวนกันความร้อน
โพลียูริเทนเป็นโพลีเมอร์อินทรีย์ ที่คิดค้นในประเทศเยอรมัน ในยุค 1960 มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างยาง และพลาสติก คุณสมบัติเด่น คือ เป็นฉนวนกันความร้อน ดูดซับเสียง คงทนต่อสภาพแวดล้อม ทนน้ำมัน ยืดหยุ่นตามการออกแบบสูตรการผลิต
โพลียูริเทนเกิดจากปฏิกิริยาเคมีของสารหลัก 2 ชนิด คือ โพลิออล และไดไอโซไซยาเนต ในสารเร่งปฏิกิริยา และสารเติ่มแต่งที่เหมาะสม เนื่องจากความหลากหลายของชนิดสารหลักที่ใช้ โพลียูริเทนจึงมีคุณสมบัติ ที่หลากหลายและกว้างขวางมาก สามารถผลิตได้คุณลักษณะตามความต้องการที่จะใช้งานแต่ละอย่าง
โพลียูริเทน ส่วนใหญ่เป็นพลาสติกชนิดเทอร์โมเซตติ้ง ซึ่งมีคุณสมบัติไม่หลวมเหลวและไม่เสียรูป เมื่อมีอุณหภูมิสูงเหมือนพลาสติก
โฟมโพลียูริเทน คือการผลิตโพลียูริเทนที่มีการใช้สารพองตัว (Bowing Agent) ในการทำปฏิกิริยาระหว่างโพลิออลและไดไอโซไซนาเนต โดยจะเกิดการขยายตัว 20-100เท่า เกิดเป็นวัสดุที่มีลักษณะโครงสร้างเซลล์ทั้งชนิดที่เป็นเซลล์เปิด เซลล์ปิด หรือเซลล์กึ่งปิดกึ่งเปิด
โฟมชนิดเซลล์ปิดจะยอมให้ไอสารซึมผ่านได้น้อยกว่าเซลล์แบบเปิด ดังนั้นกรณีที่เลือกใช้โฟมแข็งแบบเซลล์เปิด จึงต้องมีการใช้แผ่น Vapor Barrier ด้วย สำหรับงานด้านฉนวนกันความร้อนมักจะเลือกโฟมโพลียูริเทนชนิดที่มีเซลล์ปิดสูงมากกว่า 90% เพื่อประสิทธิภาพการเป็นฉนวนกันความร้อน
โฟมโพลียูริเทนเป็นวัสดุที่พบในชีวิตประจำวันทั่วไป เช่น เป็นส่วนประกอบของเฟอร์นิเจอร์ ที่นอน ตู้เย็น ฯลฯ ซึ่งวัสดุเครื่องใช้ต่าง ๆ นี้สามารถติดไฟได้ และมีข้อเท็จจริงว่า ควันไฟจากการเผาไหม้ทุกชนิดมีพิษทั้งสิ้น
มีความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องว่า ควันไฟของโฟมโพลียูริเทนมีอันตรายต่อสุขภาพมากกว่าควันไฟจากวัสดุธรรมชาติ หรือวัสดุสังเคราะห์อื่น ๆ เนื่องจากมีก๊าซไฮโดเจนไซยานาย (HCN) ในควันไฟ
ข้อเท็จจริงคือ ก๊าซ HCN จะเกิดขึ้นได้ในการเผาไหม้ของวัสดุใด ๆ ที่มีส่วนประกอบของธาตุไนโตรเจน เช่น ขนแกะ และพลาสติกบางชนิด
รูปกราฟด้านล่าง แสดงถึงปริมาณก๊าซ HCN ต่อวัสดุตัวอย่าง 1 กรัม ที่อุณหภูมิสลายตัวต่าง ๆ
ตารางแสดงความเข้มข้นของสารที่ได้จากการเผาไหม้ ของวัสดุต่าง ๆ (หน่วย มล.กรัม / กรัม)
ตารางข้างต้น พบว่าความเข้มข้นของก๊าซ HCN ที่ได้จากการเผาโฟมโพลิยูริเทนน้อยกว่าพลาสติกบางประเภท อย่างไรก็ตามในควันไฟที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้วัสดุทุกชนิด ก๊าซที่มีความเป็นพิษมากที่สุดชนิดหนึ่ง คือ ก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ ก๊าซนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในทุกสถานการณ์ของการเกิดเพลิงไหม้
สรุปความเป็นพิษของควันไฟในการเกิดเพลิงไหม้ว่า
- ก๊าซ HCN เกิดขึ้นได้จากการเผาไหม้วัสดุทุกชนิดที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบในโมเลกุล
- ก๊าซ HCN ไม่ใช่สาเหตุเดียวของการเสียชีวิตจากควันไฟ
- ก๊าซที่ได้จากการเผาไหม้ของโฟมโพลียูริเทนคล้ายคลึงกับก๊าซของการเผาไหม้ของวัสดุอื่น ๆ
- ก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ เกิดขึ้นได้ในควันทุกชนิด และเป็นสาเหตุหลักของการเสียชีวิตทุกกรณี
มีความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องว่า ควันไฟของโฟมโพลียูริเทนมีอันตรายต่อสุขภาพมากกว่าควันไฟจากวัสดุธรรมชาติ หรือวัสดุสังเคราะห์อื่น ๆ เนื่องจากมีก๊าซไฮโดเจนไซยานาย (HCN) ในควันไฟ
ข้อเท็จจริงคือ ก๊าซ HCN จะเกิดขึ้นได้ในการเผาไหม้ของวัสดุใด ๆ ที่มีส่วนประกอบของธาตุไนโตรเจน เช่น ขนแกะ และพลาสติกบางชนิด
รูปกราฟด้านล่าง แสดงถึงปริมาณก๊าซ HCN ต่อวัสดุตัวอย่าง 1 กรัม ที่อุณหภูมิสลายตัวต่าง ๆ
ตารางแสดงความเข้มข้นของสารที่ได้จากการเผาไหม้ ของวัสดุต่าง ๆ (หน่วย มล.กรัม / กรัม)
ตารางข้างต้น พบว่าความเข้มข้นของก๊าซ HCN ที่ได้จากการเผาโฟมโพลิยูริเทนน้อยกว่าพลาสติกบางประเภท อย่างไรก็ตามในควันไฟที่เกิดขึ้นจากการเผาไหม้วัสดุทุกชนิด ก๊าซที่มีความเป็นพิษมากที่สุดชนิดหนึ่ง คือ ก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ ก๊าซนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในทุกสถานการณ์ของการเกิดเพลิงไหม้
สรุปความเป็นพิษของควันไฟในการเกิดเพลิงไหม้ว่า
- ก๊าซ HCN เกิดขึ้นได้จากการเผาไหม้วัสดุทุกชนิดที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบในโมเลกุล
- ก๊าซ HCN ไม่ใช่สาเหตุเดียวของการเสียชีวิตจากควันไฟ
- ก๊าซที่ได้จากการเผาไหม้ของโฟมโพลียูริเทนคล้ายคลึงกับก๊าซของการเผาไหม้ของวัสดุอื่น ๆ
- ก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์ เกิดขึ้นได้ในควันทุกชนิด และเป็นสาเหตุหลักของการเสียชีวิตทุกกรณี