शिलारसाचा अग्निरोध!

ज्वालामुखीच्या उद्रेकात बाहेर पडणारा शिलारस अत्यंत तप्त असतो. वितळलेल्या खडकांपासून तयार झालेल्या या शिलारसाचं तापमान बाराशे अंश सेल्सिअसच्या आसपास असतं. हा अतितप्त शिलारस जळाऊ पदार्थांना सहजपणे आगी लावू शकतो. पण आश्चर्य म्हणजे, आता याच शिलारसाचा अग्निरोधक लेप म्हणून उपयोग करता येणं शक्य असल्याचं दिसून आलं आहे. कारण इतर पदार्थांना आगी लावणारा शिलारस स्वतः मात्र जळत नाही. ऑस्ट्रेलिआतील ‘सेंटर फॉर फ्युचर मटेरिअल्स’ या संस्थेतील पिंगान साँग आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांचं, या अभिनव अग्निरोधकावरचं हे संशोधन ‘मॅटर’ या शोधपत्रिकेत अलीकडेच प्रसिद्ध झालं आहे.

आतलं तापमान सुसह्य राखण्यासाठी, आधुनिक इमारतींत अनेकदा पॉलियुरेथेन फोमसारख्या, उष्णतेचे दुर्वाहक असणाऱ्या बहुवारिकांचा वापर केला जातो. हा वापर जाड थरांच्या स्वरूपात किंवा लेपाच्या स्वरूपात केला जातो. सच्छिद्र स्वरूपातले हे पॉलियुरेथेन फोमसारखे पदार्थ जरी उष्णतेचे दुर्वाहक असले, तरी त्यापैकी बरेचसे पदार्थ हे स्वतः ज्वालाग्राही आहेत. तापमान जर काही कारणामुळे तीनशे अंश सेल्सिअसच्या पुढे गेलं, तर हे पदार्थ या वाढलेल्या तापमानाला स्वतःच जळायला लागून आग पसरवायला कारणीभूत ठरतात. तसंच या पदार्थांच्या ज्वलनातून निर्माण होणारे वायूही घातक असतात. पिंगान साँग आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांना सुचलेल्या कल्पनेनुसार, कृत्रिम शिलारसाच्या पातळ लेपाचा वापर हा या दुर्वाहक बहुवारिकांना सुरक्षित पर्याय ठरू शकतो. नैसर्गिक शिलारस हा थंड होऊन घट्ट झाल्यानंतर त्याला ‘सिरॅमिक’ हे काचसदृश स्वरूप प्राप्त होतं, तसंच तो सच्छिद्रही असतो. घट्ट झालेला हा शिलारस उष्णतेचा दुर्वाहक तर असतोच, पण त्याचबरोबर तो उच्च तापमानालाही तोंड देऊ शकतो. याच कारणास्तव पिंगान साँग आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी तयार केलेल्या अग्निरोधक लेपात कृत्रिम शिलारसाचा वापर केला गेला आहे.

पिंगान साँग आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी तयार केलेला हा अग्निरोधक लेप तीन घटकांचा मिळून तयार झाला आहे. यातला मुख्य घटक आहे तो अर्थातच कृत्रिम शिलारस. नैसर्गिक शिलारस हे, सिलिकॉन, अ‍ॅल्युमिनिअम, कॅल्शिअम, सोडिअम, पोटॅशिअम, अशा विविध मूलद्रव्यांच्या ऑक्साइडचं मिश्रण असतं. पिंगान साँग आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी आपल्या कृत्रिम शिलारसासाठी, नैसर्गिक शिलारसात असणाऱ्या विविध मूलद्रव्यांच्या कार्बोनेट आणि ऑक्साइडच्या स्वरूपातल्या संयुगांचं मिश्रण वापरलं आहे. तापमान साडेतीनशे अंश सेल्सिअसच्या पुढे गेल्यावर हे मिश्रण वितळायला सुरुवात होते आणि त्याचबरोबर त्यातील कार्बोनेट संयुगांचं विघटन होऊन त्यांचं ऑक्साइड संयुगांमध्ये रूपांतर होतं. हा कृत्रिम शिलारस थंड झाल्यावर त्याला घट्ट स्वरूप प्राप्त होऊन त्यापासून, उष्णतेचा दुर्वाहक असणारा, काचेसारखा थर निर्माण होतो. हे विविध ऑक्साइडयुक्त मिश्रण उच्च तापमानाला पेट न घेता रासायनिकदृष्ट्या स्थिर राहतं.

या मिश्रणाचा दुसरा घटक आहे तो बोरॉन नायट्राइड हे संयुग. स्वतः उष्णतेचं दुर्वाहक असणाऱ्या या संयुगामुळे, शिलारसाच्या लेपात जिथे जिथे फटी राहतात, त्या फटी भरून काढायला मदत होते. तिसरा घटक आहे तो, पीव्हीएच या संक्षिप्तरूपानं ओळखलं जाणारं एक गंधकयुक्त बहुवारिक. हे बहुवारिकही स्वतः काही प्रमाणात अग्निरोधक असून, लेपातील इतर घटकांना पृष्ठभागावर चिकटून राहण्यास ते प्रवृत्त करतं. (हे बहुवारिक पिंगान साँग आणि त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी अगोदरच्या संशोधनात तयार केलं आहे.)

या वैशिष्ट्यपूर्ण लेपाची चाचणी घेण्यासाठी या संशोधकांनी, लाकूड, पोलाद, इतकंच नव्हे तर खुद्द पॉलियुरेथेन, अशा विविध प्रकारच्या पृष्ठभागांवर फवाऱ्याद्वारे या अग्निरोधकाचा लेप दिला. हा लेप वाळल्यानंतर ब्युटेनच्या ज्योतीद्वारे, प्रत्येक पृष्ठभाग सुमारे अकराशे अंश सेल्सियसपर्यंत तीस सेकंदांसाठी तापवला. तापमान सुमारे अडीचशे अंश सेल्सिअसला पोचल्यानंतर या लेपातील पीव्हीएच या बहुवारिकाचं विघटन होण्यास सुरुवात झाली. त्यानंतर सुमारे साडतीनशे-चारशे अंश सेल्सिअस तापमानाला या बहुवारिकाचं कोळशासारख्या पदार्थात रूपांतर होऊ लागलं व लेप काळवंडू लागला. यानंतर वाढत्या तापमानामुळे, लेपातील शिलारसाचे घटक असणारे पदार्थ वितळण्यास सुरुवात झाली. अखेर सुमारे साडेसहाशे अंश सेल्सिअस तापमानाला हा लेप पूर्ण वितळून तो पृष्ठभागावर सगळीकडे सारख्या प्रमाणात पसरला. आता लेपाचा रंग पुनः पांढरा होऊ लागला. थंड झाल्यावर या लेपाचं, काचेचे गुणधर्म असणाऱ्या थरांत रूपांतर झाल्याचं दिसून आलं.

अकराशे अंश सेल्सिअसपर्यंत तापवूनही, चाचणीत वापरलेल्या कुठल्याच प्रकारच्या पृष्ठभागावर आग तर पसरली नाहीच, परंतु तापमानाचा प्रतिकूल परिणामही झाला नाही. ज्वालाग्राही असणाऱ्या पॉलियुरेथेन फोमचाही, अवघ्या ०.२ मिलीमिटर जाडीच्या लेपानं आगीपासून बचाव केला. या संशोधकांनी, या लेपातून निर्माण होणाऱ्या विविध वायूंचं विश्लेषणही केलं. पॉलियुरेथेन फोमच्या ज्वलनातून निर्माण होणाऱ्या धुराच्या तुलनेत, या लेपातून निर्माण होणाऱ्या धुराचं प्रमाण लक्षणीयरीत्या कमी झालं होतं. कार्बन डायऑक्साइडचं प्रमाण तर नव्वद टक्क्यापर्यंत घटलं होतं व त्याचबरोबर कार्बन मोनोक्साइड या घातक वायूच्या निर्मितीतही दोन-तृतीयांश घट झाली होती.

इ.स. २०१७मध्ये लंडनमधील ग्रेनफेल टॉवर या चोवीस मजली इमारतीला लागलेली आग भीषण होती. या आगीला भीषण स्वरूप प्राप्त होण्यामागचं एक कारण होतं ते, या इमारतीत केला गेलेला ज्वालाग्राही पॉलियुरेथेन फोमचा मोठ्या प्रमाणातला वापर. तसंच पॅरिसमधील नोत्रा-देम या ऐतिहासिक कॅथिड्रलला २०१९ साली लागलेली आग भडकण्यामागचं कारण हे, या जुन्या इमारतीत केला गेलेला लाकडाचा मोठ्या प्रमाणातला वापर, हे होतं. पिंगान साँग यांच्या मते, या अग्निरोधक लेपाचा वापर करून, अशा आगींची तीव्रता कमी करता येणं शक्य आहे. या लेपाचा निर्मितीखर्च कमी असल्यानं, त्याचा उपयोग व्यावहारिकदृष्ट्याही सोयीचा ठरणार आहे. पिंगान साँग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी तयार केलेल्या या लेपाची निर्मिती अजून संशोधनाच्या पायरीवर आहे. कारण या लेपात काही सुधारणा होणं, आवश्यक आहे… आणि त्या आता केल्याही जात आहेत. पिंगान साँग यांच्या म्हणण्यानुसार, येत्या तीनेक वर्षांत या लेपाचा प्रत्यक्ष वापर सुरू व्हायला हरकत नाही!

— डॉ. राजीव चिटणीस.

छायाचित्र सौजन्य: USGS, Pingan Song and Zhewen Ma