CC BY
113
ОГНЕЗАЩИТА
Д-р хим. наук, профессор, профессор кафедры "Пожарной безопасности в строительстве" Академии ГПС МЧС РФ
Р. М. Асеева
Д-р техн. наук, профессор, начальник учебно-научного комплекса проблем пожарной безопасности в строительстве Академии ГПС МЧС РФ
Б. Б.Серков
А*
Канд. техн. наук, доцент кафедры "Пожарной безопасности в строительстве" Академии ГПС МЧС РФ
А. Б. Сивенков
Генеральный директор научно-производственной фирмы "Ловин-огнезащита"
В. С. Кулаков
Канд. техн. наук, заместитель генерального директора научно-производственной фирмы "Ловин-огнезащита"
Н. Н. Крашенинникова
Канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН
А. М. Сахаров
Научный сотрудник Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН
П. А. Сахаров
УДК 641.841.41; 674.815.41
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ДВУХ ОГНЕЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ
Проведено комплексное сравнительное исследование эффективности и механизма действия двух огнезащитных систем для древесины: пропиточного состава на основе фосфор-и азотсодержащих низкомолекулярных веществ; пленкообразующего покрытия на основе модифицированных высокомолекулярных полисахаридов. Для оценки эффективности огнезащитного действия указанных систем применяли стандартные методы испытания материалов на горючесть, показатели воспламеняемости и распространения пламени по поверхности, дымообразующую способность и токсичность продуктов горения. Для раскрытия механизма огнезащитного эффекта применяли методы термического анализа, электронную микроскопию, инфракрасную спектроскопию. Установлено, что обе системы при соответствующих расходах обеспечивают высокую эффективность огнезащиты древесины, хотя механизмы их действия существенно различаются.
Введение
Древесина по-прежнему является наиболее распространенным и доступным природным строительным материалом. Однако легкая воспламеняемость, горючесть и другие пожароопасные свойства древесины ограничивают области применения этого материала и вызывают необходимость его огнезащиты. Известно, что особенно эффективными способами огнезащиты древесины являются пропитка древесного материала специальными составами, содержащими антипирены (замедлители горения), и нанесение огнезащитных покрытий [1]. Пропитка древесины огнезащитными составами
может быть поверхностной или глубокой, осуществляемой, например, с использованием автоклавов для обеспечения повышенного давления и более глубокого проникновения состава в толщу материала.
В настоящее время разработано большое количество средств и способов огнезащиты древесины [1-3]. Оценку эффективности огнезащиты древесины осуществляют по ГОСТ 16363-98. Однако в реальных пожарных ситуациях, когда на древесный материал воздействуют более интенсивные лучистые тепловые потоки, огнезащитные средства могут оказаться малоэффективными. Более того, они могут даже вызывать увеличение дымообразования
и токсичности продуктов горения. Имеются примеры, когда древесные материалы I группы огнезащиты по ГОСТ 16363-98, полученные пропиткой огнезащитными составами, характеризовались быстрым распространением пламени по поверхности [4]. В связи с этим эффективность огнезащитного действия различных средств для древесины необходимо проверять не только по классу огнезащиты, но и по всему спектру наиболее важных показателей пожарной опасности материалов: воспламеняемости и распространению пламени по поверхности в широком диапазоне интенсивности внешних лучистых тепловых потоков, скорости тепловыделения при горении, а также образованию дыма и токсичных продуктов горения.
Особый интерес представляет вопрос о связи эффективности и механизма действия огнезащитных средств для древесины.
Цель настоящей работы состояла в проведении комплексного сравнительного исследования эффективности и механизма действия двух огнезащитных систем для древесины, относящихся по молекулярному строению к противоположным классам соединений. Программа исследований была направлена на установление факторов, влияющих на эффективность огнезащиты древесины, и выяснение возможного механизма огнезащитного действия двух используемых в работе систем.
Материалы и методы исследования
В качестве объектов исследования выбраны две огнезащитные системы, включающие компоненты принципиально разных химических классов как по молекулярному строению, так и по химическому составу: 1 — пропиточный состав на основе низкомолекулярных веществ, 2 — пленкообразующий состав на основе высокомолекулярного модифицированного полимера растительного происхождения.
Огнезащитный 20%-ный пропиточный состав для древесины, разработанный фирмой "Ловин-ог-незащита", включает фосфор- и азотсодержащее вещество (аммоний фосфорнокислый двухзаме-щенный) в определенном сочетании с низкомолекулярным дигидроксиароматическим соединением.
Огнезащитный состав на основе высокомолекулярных модифицированных полисахаридов (МПС) получен каталитическим окислением растительного сырья в водной щелочной среде по методу [5]. Он не содержит Р-, К-, галоген- или борсодержа-щие антипирены. В настоящей работе использован экологически чистый крахмальный реагент со степенью окисления 0,5. Концентрация водного раствора (геля) в расчете на сухое вещество составляет порядка 30%.
Огнезащитные водные составы наносили на поверхность древесины толщиной 20 мм кистью, обеспечивая расход 300-400 г/м2, и высушивали образцы при комнатной температуре до постоянной массы.
Первичную оценку эффективности огнезащиты древесины двумя используемыми системами проводили по ГОСТ 16363-98. Дальнейшее комплексное исследование пожароопасных свойств огнеза-щищенных древесных материалов осуществляли с помощью стандартных методов определения показателей воспламеняемости (ГОСТ 30402-96), распространения пламени (ГОСТ 12.1.044-89, п. 4.19), а также дымообразующей способности и токсичности продуктов горения (ГОСТ 12.1.044-89, п. 4.18 и 4.20 соответственно). Благодаря модернизации стандартной установки по определению показателей воспламеняемости материалов и дополнительному оснащению ее весовым устройством оказалось возможным определять динамику потери массы при горении древесины при пламенном и тлеющем режиме процесса. Полученные значения массовой скорости выгорания использованы для оценки скорости и других характеристик тепловыделения при горении исследуемых образцов.
Для определения лидирующего механизма огнезащитного действия двух указанных систем применяли современные физические и физико-химические методы исследования — динамический термогравиметрический анализ, инфракрасную спектроскопию, растровую электронную микроскопию и др.
Результаты и обсуждение
Предварительное изучение влияния соотношения компонентов пропиточного состава на эффективность огнезащиты древесины по ГОСТ 16363-98 показало, что наименьшая потеря массы при испытании наблюдается при определенном весовом соотношении диаммонийфосфата и дигидроксипро-изводного ароматического соединения (рис. 1). Увеличение расхода пропиточного состава при оптимальном соотношении исходных компонентов повышает эффективность огнезащиты. При расходе 300 г/м2 и более (рис. 2) достигается I группа огнезащитной эффективности. Аналогичный результат наблюдается при изменении расхода состава на основе модифицированного полисахарида (см. рис. 2). Таким образом, обе исследуемые системы позволяют при расходе 300-400 г/м2 достичь необходимого эффекта огнезащиты древесины I группы (потеря массы при испытании менее 9%). Более тщательное изучение пожароопасных характеристик образцов древесины при указанном расхо-
А 0 5 10 15 20
Б 20 15 10 5 0
Концентрация веществ, %
Рис. 1. Зависимость потери массы древесины обработанной пропиточными составами с расходом 400 г/м2 при испытании по ГОСТ 16363-98 от концентрации исходных веществ: А — дигидроксиароматическое соединение; Б — аммоний фосфорнокислый двузамещенный
де водных составов дает возможность выявить более значительные различия в их поведении при горении.
Количественными параметрами воспламеняемости, которые позволяют сравнивать эффект огнезащиты материалов, могут служить: время до задержки воспламенения образца хе при заданной плотности внешнего теплового потока че, а также критический тепловой поток воспламенения, ниже которого воспламенения не наблюдается чвсг.
В табл. 1 приведены результаты исследования влияния двух указанных систем на параметры воспламеняемости древесины.
При действии внешнего теплового потока после прогрева до определенной температуры древесина начинает разлагаться и выделять горючие вещества. Момент воспламенения наступает тогда, когда скорость выделения горючих летучих продуктов пиролиза превышает нижний концентрационный предел воспламенения их смеси с воздухом.
Критическая плотность теплового потока воспламенения образцов древесины была определена методом линейной экстраполяции экспериментальных значений времени воспламенения в зависимости от плотности внешнего теплового потока. График этой зависимости был построен в координатах х -1/2 - че, используемых для анализа воспламеняемости термически толстых образцов.
Как видно из табл. 1, с увеличением плотности внешнего теплового потока, подводимого к поверхности образца, происходит уменьшение времени задержки воспламенения. Огнезащитные составы, нанесенные на древесину сосны, во много раз по-
25
20
ы с с а м
я р
е т о
Е
15
10
• 5
\ ч \ « С"' • 4 ' 3 > 2
' 1
100
200 300 Расход, г/м2
400
500
Рис. 2. Зависимость потери массы образца огнезащищен-ной древесины при испытаниях от расхода огнезащитных составов: 1 — модифицированный крахмал, степень модификации а = 0,5; 2 — состав, содержащий дигидроксиароматическое соединение (0,5% в водном растворе) и аммоний фосфорнокислый двузамещенный (20% в водном растворе); 3 — модифицированный рис, степень модификации а = 0,5; 4 - модифицированный крахмал, а = 0,3; 5 — модифицированный рис, а = 0,3
Таблица 1. Влияние огнезащитных систем на параметры воспламеняемости древесины
Образец Расход, г/м2 Че , кВт/м2 х„, с Я'ст, кВт/м2 МСВмакс, г/(м2-с)
Сосна — 30 21 12,5 -
- 40 9 28,0
- 50 4 35,7
Сосна с Р-, 300 30 195 22,5 -
^-содержащим 40 39 -
пропиточным 50 16 21,3
составом 400 30 600 25,0 -
40 72 -
50 29 14,4
Сосна с покры- 300 30 670 29,7 -
тием из моди- 40 210 12,5
фицированного 50 50 16,1
полисахарида
вышают ее сопротивляемость воспламенению. Удлиняется не только период до воспламенения образцов, но и возрастают значения критического теплового потока, необходимого для их воспламенения. При этом, несмотря на органическую природу модифицированного полисахарида и отсутствие в нем Р-, К- и галогенсодержащих элементов — замедлителей горения, огнезащитное покрытие на его основе при одинаковом расходе с пропиточным составом позволяет активнее влиять на характеристики воспламенения образцов древесины.
5
0
0
m, г/(м2-с) 30
20
10
0
0 100 200 300 400 500 600 700 Время экспозиции, с
Рис. 4. Фотографии срезов древесины необработанной и после обработки P-, N-содержащим пропиточным составом, полученных с поверхности образцов с помощью электронной микроскопии: а — сосны необработанной (увеличение 300 раз); б—сосны с антипиреном, содержащим аммоний фосфорнокислый двузамещенный в соотношении 19,5/0,5, соответственно (увеличение 850 раз)
Следует отметить, что в момент воспламенения и после него тепловой поток, падающий на поверхность материала, представляет собой уже комбинацию внешнего теплового потока и теплового потока от возникшего собственного пламени. Скорость выделения летучих горючих продуктов при горении древесного материала вначале возрастает до определенного максимума, который зависит от интенсивности внешнего теплового потока, а затем начинает снижаться до стационарного значения (рис. 3). Дело в том, что древесина представляет собой материал, пиролиз которого сопровождается образованием нелетучего карбонизованного остатка. Толщина формирующегося на поверхности древесины угольного слоя по мере продвижения фронта пиролиза внутрь образца возрастает. В результате увеличивается сопротивление переносу тепла к фронту пиролиза. Если образцы древесины термически тонкие, пиролиз достаточно быстро охватывает всю их толщину. Тогда после полного выделения горючих летучих продуктов пиролиза пламенное горение прекращается, остается лишь угольный слой, который выгорает в тлеющем режиме. В этом случае кривая зависимости скорости потери массы от времени горения древесины характеризуется наличием второго пика, относящегося к окислению угольного слоя.
Как следует из табл. 1, с увеличением расхода огнезащитного состава максимальная скорость потери массы при горении образцов даже в очень жестких условиях воздействия лучистого теплового потока (де = 50 кВт/м2) снижается более чем в два раза по сравнению с необработанной древесиной. Таким образом, огнезащитные составы оказывают влияние на динамику пиролиза древесины, замедляя и уменьшая образование и выделение летучих горючих продуктов. При этом важное значение имеет качество образующегося на поверхности образца угольного слоя.
Как показал анализ реплик, полученных с поверхности образцов с помощью электронной микроскопии, после обработки Р-, К-содержащим пропиточным составом структура поверхностного слоя заметно изменяется (рис. 4). На поверхности среза необработанного образца обнаружены типичные элементы структуры хвойной древесины, а именно микрофибриллы в виде лентоподобных образований и волокна, между которыми расположены окаймленные поры округлой формы (см. рис. 4, а). После пропитки составом с оптимальным соотношением компонентов поры уже не видны, а между микрофибриллами наблюдаются поперечные образования - "тяжи" (см. рис. 4, б). Создается картина появления своего рода пространственно сшитой структуры. Обугленный плотный слой, формирую-
\ У У 2 \ 3
У У \ \ ч \
Рис. 3. Массовая скорость выгорания при горении образцов сосны необработанной и с огнезащитными покрытиями при плотности теплового потока 40 кВт/м2: 1 — сосна необработанная; 2 — сосна с составом, содержащим аммоний фосфорнокислый двузамещенный и ди-гидроксиароматическое соединение (расход 300 г/м2); 3 — сосна с модифицированным крахмалом, а = 0,5 (расход 300 г/м2)
щиися на поверхности древесины при огневом воздействии, характеризуется в этом случае большей однородностью и отсутствием глубоких трещин по сравнению с обугленной поверхностью необработанной сосны.
В отличие от пропиточного Р-, К-содержащего состава, огнезащитное покрытие на основе модифицированных полисахаридов, полностью сохраняющее первичную фактуру древесины, под действием огня образует на поверхности образца вспененный коксовый слой. При расходе состава 300 г/м2 толщина этого коксового слоя составляет 28-31 мм при внешнем тепловом потоке 30-50 кВт/м2.
Таким образом, можно сделать вывод, что важную роль в механизме огнезащиты древесины при применении обеих огнезащитных систем играет образование коксового слоя. Однако природа и динамика реакций его образования, а также свойства заметно различаются.
Особый интерес представляет вопрос, как влияют используемые огнезащитные системы на распространение пламени (РП) по поверхности древесины. В табл. 2 приведены сравнительные данные об изменении основных характеристик РП после огнезащитной обработки древесины.
Из табл. 2 видно, что обе огнезащитные системы существенно снижают индекс РП, скорость РП по поверхности древесины и увеличивают критическую плотность лучистого теплового потока для РП д™. Огнезащищенные древесные материалы переходят в категорию медленно распространяющих пламя. С увеличением расхода составов все показатели улучшаются и можно ожидать получения материалов с /РП = 0, т.е. не распространяющих пламя. Следует отметить, что скорость РП напреде-ле не является нулевой, а имеет определенное значение, связанное, по-видимому, с необходимой для РП минимальной, критической массовой скоростью выделения горючих продуктов пиролиза. Для всех исследуемых древесных материалов вне зави-
РП
симости от их значений д скорость РП на пределе затухания горения сохранялась на одном уровне — 0,23-0,24 мм/с.
Установлено, что обе огнезащитные системы активно влияют на дымообразующую способность при горении древесины и токсичность дымовых газов. При пламенном горении древесных материалов оптическая плотность дыма обычно меньше, чем при тлении. В то же время дефицит кислорода в зоне реакции тления кокса приводит к увеличению выхода токсичного монооксида углерода. В изученном наиболее опасном тлеющем режиме горения древесины без и с огнезащитной обработкой наблюдается закономерное увеличение коэффициента дымообразования с ростом плотности внешнего
Таблица 2. Характеристики РП по поверхности огнеза-щищенной древесины
Образец Расход состава, г/м2 Индекс РП /рп Скорость РП при 32 кВт/м2, мм/с Чкр ' кВт/м2
Сосна - 55,0 4,40 5,0
Сосна + МПС 100 9,2 1,40 20,5
Сосна + МПС 200 4,7 0,47 24,0
Сосна + МПС 300 0,8 0,38 27,8
Сосна + 300 2,5 1,10 19,6
+ Р, К-состав
Сосна + 400 0,5 0,74 22,0
+ Р, К-состав
От, м2/кг 350
300
250
200
150
100
50
1
/
/ {
■ 4 л г > 2 3
) • . ► " ,4 4
К"
15 20 25 30 35 40 Плотность теплового потока, кВт/м2
Рис. 5. Зависимость коэффициента дымообразования древесины с составами от плотности теплового потока: 1 — сосна необработанная; 2 — сосна с составом, содержащим аммоний фосфорнокислый двузамещенный и ди-гидроксиароматическое соединение (расход 300 г/м2); 3 — сосна с составом, содержащим аммоний фосфорнокислый двузамещенный и дигидроксиароматическое соединение (расход 400 г/м2); 4 — сосна с покрытием, крахмал, а = 0,5 (расход 300 г/м2)
теплового потока с 18 до 35 кВт/м2 (рис. 5). Однако при равных условиях испытания огнезащищенные образцы отличаются меньшим коэффициентом дымообразования по сравнению с исходной древесиной и относятся к группе материалов с умеренной дымообразующей способностью согласно принятой классификации. Обе системы позволяют при расходе 300 и 400 г/м2 понизить коэффициент дымообразования сосны при тепловом потоке 35 кВт/м2 соответственно с 345,1 до 150 м2/кг (см. рис. 5).
Интересно отметить, что модифицированные полисахариды в самостоятельном виде даже в тле-
3 \
2 \
%
% у
*
1 * '.ч • - «и»
80 70 60
т
> 50
О 40
Я
30
20 10
0 10 20 30 40 50 60 70 Плотность теплового потока, кВт/м2
Рис. 6. Зависимость показателя токсичности продуктов горения материалов в режиме тления от плотности внешнего радиационного теплового потока: 1 — сосна необработанная; 2 — состав, содержащий дигидроксиаромати-ческое соединение (0,5% в водном растворе) и аммоний фосфорнокислый двузамещенный (20% в водном растворе) (расход 300 г/м2); 3 — сосна с покрытием, модифицированный крахмал, а =
0,5 (расход 300 г/м2)
ющем режиме горения при действии внешнего лучистого теплового потока до 35 кВт/м2 имеют низкие коэффициенты дымообразования и могут быть отнесены к группе материалов с малой дымообразующей способностью (см. рис. 5). Тот факт, что уровень снижения образования дыма при горении древесины, обработанной этим огнезащитным составом с расходом 300 г/м2, не достигает значений для исходной системы, говорит лишь о недостаточной толщине покрытия для более полной реализации его огнезащитных свойств.
Токсичность продуктов тлеющего горения древесины зависит от плотности внешнего теплового потока. В широком диапазоне плотности 10-65 кВт/м2 по токсичности продуктов горения необработанная древесина относится к группе высокоопасных материалов (рис. 6). Кривая 1 отражает сложный экстремальный характер зависимости показателя токсичности от плотности внешнего теплового потока. В интервале 10-23 кВт/м2 наблюдается типичная, хотя и слабая, зависимость роста токсичности продуктов горения (уменьшение НС150 за счет увеличения концентрации СО). При 23-24 кВт/м2 в условиях испытания образцов по ГОСТ 12.1.044-89 происходит самовоспламенение древесины сосны. В результате усиливается окисление монооксида углерода, и показатель токсичности На снова возрастает с увеличением интенсивности теплового потока.
Обработка древесины используемыми огнезащитными системами препятствует реализации самовоспламенения древесины и расширяет диапазон тлеющего режима горения. Критический тепловой поток самовоспламенения древесины, обрабо-
танной пропиточным Р-, К-содержащим составом с расходом 400 г/м2, равен 44,0 кВт/м2. Покрытие на основе модифицированного полисахарида с расходом 300 г/м2 приводит к повышению д^8 древесины сосны с 23 до 52,5 кВт/м2.
Исходное покрытие модифицированного полисахарида при том же расходе не самовоспламеняется даже при тепловом потоке 65 кВт/м2 и характеризуется меньшей токсичностью продуктов горения, чем огнезащищенная древесина. Обе используемые огнезащитные системы при указанных расходах обеспечивают переход древесины из ранга материалов высокоопасных по токсичности продуктов горения в группу умеренно опасных при тепловых потоках до 32 кВт/м2. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что даже пропиточный состав, включающий фосфор, не подавляет полностью тлеющее горение древесины. Это говорит о том, что фронт пиролиза древесины в этом случае проникает на большую глубину, чем поверхностный фосфорсодержащий слой.
Сравнительный анализ пожароопасных характеристик древесины, обработанной используемыми в работе системами, показывает более высокую эффективность огнезащитного покрытия, способного к образованию на защищаемой поверхности вспененного термостойкого слоя. Этот слой позволяет значительно уменьшить или предотвратить перенос тепла к поверхности древесины и затруднить ее пиролиз.
По данным динамического термогравиметрического исследования образцов древесины обработка ее поверхности огнезащитными системами приводит к ускорению реакций карбонизации. Это выражается в смещении температурных характеристик разложения субстратов в область более низких температур по сравнению с исходной древесиной, уменьшении значений эффективной энергии активации разложения. Например, температуры максимальной скорости разложения поверхностного слоя древесины с пропиточным составом или с огнезащитным покрытием снижаются с 330°С (для необработанной сосны) до 262 или 244°С соответственно. Эффективная энергия активации разложения при этом падает с 209 до 154 или 148 кДж/моль соответственно. Из-за интенсификации процесса разложения и карбонизации поверхностного слоя древесины общая потеря массы существенно уменьшается по сравнению с массовыми потерями у исходной сосны.
Анализ динамики температурных изменений в ИК-спектрах образцов древесины, обработанных используемыми огнезащитными составами, выявил различие в механизме реакций образования коксового слоя. В ИК-спектрах образцов, снятых в
диапазоне 500-4000 см-1, особое внимание было уделено областям частотных колебаний О-Н, С-Н и С-О-С-связей в структурных группировках молекул исследуемых субстратов. Такие группировки наиболее чувствительны к трансформациям при тепловом воздействии.
Сделан вывод, что пропиточный состав реагирует с древесиной при повышенной температуре и ускоряет реакции дегидратации и сшивания макромолекул целлюлозы — основного компонента древесины. Огнезащитное покрытие на основе модифицированных полисахаридов с древесиной не взаимодействует, но само претерпевает ряд физико-химических превращений. В результате внутримолекулярных реакций дегидратации и декарбок-силирования без существенного разрыва основных цепей макромолекул модифицированного полисахарида выделяются вода и диоксид углерода. Так как полимер в этих условиях переходит в вязкотеку-чее состояние, создаются предпосылки для его вспенивания и образования в последующем карбо-низованной "шубы", защищающей поверхность древесины от сильного нагрева [6]. Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что образование коксового слоя на поверхности огнезащищен-ной древесины играет положительную роль в снижении пожароопасных характеристик материала.
Скорость обугливания древесины зависит от многих факторов. Некоторые экспериментальные данные по скорости обугливания сосны и ели, а также упрощенная модель обугливания древесных материалов представлены в работе [7]. В этой модели учитывается зависимость скорости обугливания от интенсивности внешнего теплового потока, концентрации кислорода в окружающей среде, плотности древесины, содержания в ней влаги и других характеристик.
Полученные в настоящей работе экспериментальные результаты по скорости обугливания древесины сосны при тепловом потоке 50 кВт/м2 согласуются с данными [7]. Для оценки скорости обугливания огнезащищенных образцов древесины нами был использован подход, аналогичный описанному в [7], а также собственные результаты измерения массовой скорости выгорания как функции внешнего теплового потока, температуры во фронте пиролиза Тр и на поверхности коксового слоя Т8.
Расчет линейной скорости обугливания р исследуемых образцов древесины проведен по уравнению
р = рАНу = [де - га(Г4 - Г^/рАЯу,
где дш — тепловой поток, поступающий к фронту
пиролиза через коксовый слой, с учетом тепло-
вых потерь за счет радиационного излучения от нагретой обугленной поверхности; р — плотность приповерхностного слоя древесины, обработанной огнезащитными системами, кг/м3;
АИу — энтальпия газификации, кДж/г. Средние значения энтальпии газификации определены по зависимости массовой скорости выгорания образцов от плотности внешнего теплового потока.
Установлено, что при внешнем тепловом потоке 50 кВт/м2 скорость обугливания приповерхностного слоя древесины, обработанной пропиточным составом, равна 4,67 мм/мин. Обугливание исходной древесины в этих условиях происходит со скоростью 1,39 мм/мин. Таким образом, пропиточный состав увеличивает скорость обугливания древесины почти в 3,5 раза. Быстрое обугливание приповерхностного слоя древесины замедляет последующий пиролиз нижележащих слоев.
Покрытие на основе модифицированного полисахарида работает по другому сценарию. Образуя вспененный кокс на поверхности образца, оно снижает скорость обугливания древесины до 0,18 мм/мин. Полученные результаты подтверждают разные механизмы образования обугленного слоя на поверхности древесины и эффективность его огнезащитного действия при использовании двух указанных огнезащитных систем.
Заключение
Сравнительное исследование огнезащитного действия пропиточного состава для древесины на основе низкомолекулярного Р-, К-содержащего вещества и покрытия на основе высокомолекулярного модифицированного полисахарида показало возможность достижения высокой эффективности огнезащиты древесины при соответствующем расходе указанных систем. В механизме огнезащиты важную роль играет образование при тепловом и огневом воздействии на поверхности древесины карбонизованного слоя. Установлено, что пропиточный состав, вступая в реакцию взаимодействия с древесиной, образует плотный карбонизованный слой, который защищает нижележащие слои от нагрева и замедляет массоперенос продуктов пиролиза в газовую фазу. Огнезащитное покрытие на основе модифицированного полисахарида не реагирует с древесиной, но при термическом разложении полимера образует вспененный кокс с высокими теплоизолирующими свойствами. Слой вспененного кокса представляет собой барьер для передачи тепла к защищаемой поверхности древесины, снижая вероятность ее пиролиза. Влияние используемых огнезащитных систем на скорость обугливания
древесины подтверждает разные механизмы их действия. В частности, пропиточный состав увеличивает в 3,5 раза скорость обугливания древесины сосны при плотности внешнего лучистого теплово-
го потока 50 кВт/м2 (с 1,39 до 4,84 мм/мин). Покрытие же на основе модифицированного полисахарида в аналогичных условиях снижает скорость обугливания древесины до 0,18 мм/мин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леонович, А. А. Снижение пожарной опасности древесных материалов, изделий и строительных конструкций /А. А. Леонович, А. В. Шелоумов. — СПб: Изд-во СПбГПУ, 2002. — 59 с.
2. Способы и средства огнезащиты древесины // Пожаровзрывобезопасность. — 1995. — Т. 14, №1. — С. 78.
3. Деева, О. А. Рецептуры огнезащитных композиций / О. А. Деева // НИИТЭХИМ. — Черкассы, 1999. — 14 с.
4. Тычино, Н. А. Современные огнезащитные средства для древесины: результаты исследований / Н. А. Тычино // Пожаровзрывобезопасность. — 1999. — Т. 8, № 3. — С. 13-20.
5. US Patent 5 484 914 (1996) / Скибида И. П., Сахаров Ан. М., Сахаров Ал. М.
6. Асеева, Р. М. Исследование механизма термического разложения модифицированных полисахаридов / Р. М. Асеева, Б. Б. Серков, А. Б. Сивенков [и др.] // Вестник Академии ГПС. — 2006. — №6. — С. 3-12.
7. Mikkola, Е. Charring of Wood Based Materials / E. Mikkola // Proceedings of 3nd International Symposium on Fire SafetyScience. — Edinburgh, 1991. — P. 547-556.
Поступила в редакцию 04.07.07,
