CC BY
62
УДК 678
Н.В. Островская, В.Д. Чайка, Дальрыбвтуз, Владивосток
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПЛАСТИКИ
Исследованы образцы теплоизоляционного материала, изготовленного из бытовых отходов пластических масс (из отходов пакетов «Tetra Pak») на предмет горения. Проведено сравнение процесса горения образцов полученного нами теплоизоляционного материала с образцами теплоизоляции из пенополистирола и пенополиуретана.
Наилучшими теплоизоляционными свойствами на сегодняшний день обладают вспененный полиуретан (пенополиуретан) и вспененный полистирол (пенополистирол). Эти материалы имеют малую плотность и низкую теплопроводность за счет мелкопористой структуры, в порах которой находится газ. Также эти теплоизоляционные материалы имеют пониженные паропроницаемость, водопроницаемость, обладают достаточной механической прочностью, эластичностью и вибростойкостью.
Данные материалы могут использоваться при низких температурах в холодильной технике, так как они являются морозостойкими, нетоксичными, биостойкими, не выделяющими и не воспринимающими запахов, технологичными, долговечными, дешевыми, недефицитными, устойчивыми к низким и повышенным температурам, к температурным колебаниям, обладают химической инертностью и стабильностью.
Однако у пористых теплоизоляционных полимерных материалов есть недостаток - они в той или иной степени горючи.
Нами были проведены исследования, в результате которых сравнивались процессы горения образцов теплоизоляции из пенополистирола и пенополиуретана с образцами материала теплоизоляции, который был создан нами из переработанных отходов пакетов «Tetra Pak».
Полученный нами теплоизоляционный материал отходов пакетов «Tetra Pak» незначительно уступает по значению теплопроводности (Л = 0,02 Вт/(м-К)) пенополистиролу (Л = 0,0035 - 0,044 Вт/(м-К)) и пенополиуретану (Л = 0,02 - 0,04 Вт/(м-К)). Однако процесс горения теплоизоляционного материала из отходов «Tetra Pak» отличен от процесса горения вышеприведенных теплоизоляционных материалов.
Рассмотрим, как происходит горение теплоизоляционных материалов. Горение - это сложный физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Одной из характеристик горючести является способность материала гореть
после удаления источника зажигания, которая называется самостоятельным горением.
На рис. 1 показан процесс горения образца пенополистирола. Вспененный полистирол представляет собой материал с замкнутой ячеистой структурой, на 95 % состоящий из газов, которые используются в процессе вспенивания. Пенополистирол, как и все горючие (сгораемые) вещества, содержит углерод и водород -основные компоненты газопаровоздушной горючей смеси, участвующие в реакции горения. Пенополистирол относится к горючим материалам, и при интенсивном горении за счет водорода выделяется обильная сажа (углерод). Температура воспламенения горючих веществ и материалов различна и не превышает для большинства 300 °С.
В условиях реального пожара процесс горения всегда идет при фактическом недостатке воздуха, поэтому кроме вышеуказанных веществ, в состав продуктов горения входят угарный газ (окись углерода - СО) и сажа (углерод - С) как продукты неполного сгорания, что наиболее характерно для горения твердых веществ и материалов.
По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие. Пенополистирол
относится к горючим материалам. Для уменьшения горючести в материал теплоизоляции вводятся добавки, способствующие затуханию пламени (антипирены). Создан самозатухающий пенополистирол (время самостоятельного горения - не более 2 с). Однако введение добавок, снижающих пожарную опасность полимерных теплоизоляционных материалов, обычно приводит к некоторому ухудшению физико-механических, диэлектрических и других эксплуатационных и технологических свойств, а также повышению стоимости материала.
Скорость горения пенопластов зависит от размеров гранул. Представленный на рисунке образец теплоизоляции сгорает со скоростью
1 см2 в с. Горение сопровождается обильным газовыделением.
Хотя пенополистирол в обычном состоянии безвреден, при горении он становится токсичным. Его пары, выделяющиеся при горении, удушливы, вызывают раздражение, приводят к заболеванию пищеварительной системы и особенно печени [1].
Совсем по-иному проявляет себя при горении вспененный полиуретан (пенополиуретан), который представляет собой пористую ячеистую структуру. Различают жесткий пенополиуретан с большим содержанием закрытых ячеек, заполненных газом СО2, и эластичный пенополиуретан, имеющий открыто ячеистую структуру. Плотность и тип пенополиуретана может варьироваться в широких пределах в зависимости от исходных компонентов: от 30 до 300 кг/м3 и более. По сравнению с другими системами изоляции пенополиуретан имеет пониженную горючесть.
Вспененный полиуретан относиться к негорючим теплоизоляционным материалам, способным к самозатуханию. На рис.
2 показан процесс горения образца теплоизоляции из пенополиуретана (самозатухающая марка). Поджечь данный образец теплоизоляции, чтобы поддерживалось горение, невозможно. Однако при контакте с пламенем происходит обильное газовыделение, а на поверхности образца образуется значительный слой сажи, что и препятствует распространению огня, вызывая самозатухание.
/
Рис. 1. Горение образца теплоизоляции Рис. 2. Горение в пламени образца из вспененного полистирола пенополиуретановой теплоизоляции
самозатухающей марки
Пенополиуретан при горении в пламени имеет очень резкий запах, вызывает удушье и раздражение кожи. Действие на кожу имеет аллергический характер. При вдыхании возможно развитие бронхита и астмы [1].
При горении теплоизоляционных полимерных материалов окислителем является кислород воздуха, а горючим - водород и углеродсодержащие газообразные продукты деструкции полимера, которые в результате окисления превращаются в углекислый газ или -при неполном окислении - в угарный газ (СО). Потоки горючего и окислителя в этом случае пространственно разделены, и химическая реакция их взаимодействия обычно определяется диффузией или конвекцией реагентов к пламени. Сжигание некоторых видов полимеров
сопровождается образованием токсичных газов: хлорида водорода, аммиака, цианистых соединений, оксидов азота и др.
На рис. 3 представлен процесс горения образца теплоизоляции, полученный нами из бытовых отходов пакетов «Tetra Pak» [2]. По скорости горения данный образец уступает в 2-4 раза образцу из пенополистирола. По количеству выделяющихся газов образец значительно уступает пенополистиролу и пенополиуретану. Он менее токсичен. Его можно отнести к средней категории по горючести - к трудногорючим материалам. За счет пластиковой оболочки из полиэтилентерефталата на материале пакетов «Tetra Pak» процесс возгорания данного материала замедляется, так как полиэтилентерефталат при соприкосновении с пламенем не воспламеняется, а плавится. Также замедляет горение наличие металлического слоя в данном виде материала.
Рис. 3. Горение образца теплоизоляции, полученной из отходов «Tetra Pak»
Улучшить огнестойкость данного теплоизоляционного материала из переработанных пакетов «Tetra Pak» также можно путем введения антипиренов, которые будут способствовать затуханию пламени.
Полученный нами теплоизоляционный материал из переработанных бытовых отходов пакетов «Tetra Pak» удовлетворяет свойствам теплоизоляции по показателям пожаровзрывоопасности веществ и материалов, а следовательно, может найти применение в
холодильной промышленности, строительстве, на транспорте и в других отраслях народного хозяйства.
Библиографический список
1. Брацыхин Е.А., Шульгина Э.С. Технология пластических масс. Л.: Химия, 1982. 328 с.
2. Островская Н.В., Чайка В.Д. Проблема утилизации отходов «Tetra Pak» // Природа без границ: Матер. III междунар. экол. форума. Владивосток: Из-во ДВГУ, 2009. С. 97-100.
