CC BY
27
А. А. САРЫМСАКОВ, д-р техн. наук, профессор, зам. директора Института химии и физики полимеров АН РУз (Узбекистан, 100128, г. Ташкент, ул. А. Кадыри, 7б; e-mail: carbon@uzsci.net) Ш. А. ЙУЛДОШОВ, младший научный сотрудник, Институт химии и физики полимеров АН РУз (Узбекистан, 100128, г. Ташкент, ул. А. Кадыри, 76; e-mail: sherzodbek_y@mail.ru) М. X. УСМАНОВ, канд. физ.-мат. наук, доцент, начальник НИЦ Высшей технической школы пожарной безопасности МВД РУз (Узбекистан, 100102, г. Ташкент, Сергелийский р-н, ул. Дустлик, 5; e-mail: m_usmanov@mail.ru)
С. М. ДЖУРАЕВ, начальник Пожарно-технической лаборатории МВД РУз (Узбекистан, 100017, г. Ташкент, Юнус-Абадский р-н, просп. Ш. Рашидова, 17)
УДК 674.815-41
НАПОЛНЕННЫЕ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫЕ ПЛИТЫ С ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТЬЮ
На основании экспериментальных исследований показано, что добавление в состав древесностружечных плит мелкодисперсной микрокристаллической целлюлозы и антипиренов на основе фосфорной кислоты улучшает их физико-механические показатели и пожаробезопасные свойства.
Ключевые слова: древесностружечная плита; микрокристаллическая целлюлоза; прочность; водостойкость; антипирены; трудногорючие материалы.
Разработка нового поколения трудногорючих полимерных материалов из местного сырья является одним из важных научных направлений современной химии, физики и технологии. Создание трудногорючих материалов способствует повышению безопасности жизни и имущества населения при пожарах. Среди местных полимерных источников сырья наибольшее внимание заслуживает природное цел-люлозосодержащее сырье и ее производные.
В настоящее время в строительной промышленности широко применяются конструкционные отделочные материалы на основе целлюлозосодержаще-го сырья, в частности древесностружечные (ДСП) и древесноволокнистые (ДВП) плиты.
Технология производства древесностружечных плит основана на смешении измельченной древесины или опилок с мочевиноформальдегидной смолой и отвердителем — хлористым аммонием и гидро-фобизирующими добавками с последующим формированием ковра и прессованием [1].
В производстве ДСП следует использовать связующие с низким содержанием свободного формальдегида, обладающие пониженной токсичностью. Однако ДСП известного состава из-за низкой связующей способности мочевиноформальдегидной смолы обладают низкими физико-механическими показателями и подвержены горению [2]. При определении их степени горючести по ГОСТ 12.1.044-89 остаток плит после испытаний составил 2,5 %.
К ДСП специального назначения относятся плиты, обладающие некоторыми дополнительными, особыми свойствами. Благодаря этим свойствам они применяются в определенных условиях, обеспечивая выполнение специфических требований. Например, огнезащищенные ДСП обладают неспособностью к самостоятельному горению [3].
Для огнезащиты древесных плит используют неорганические антипирены различного состава и соотношения. В состав известных неорганических антипиренов входят фосфор-, азот-, сурьмо-, бор-, цинксодержащие и другие соединения. Среди этих антипиренов особенно эффективен гидрофосфат аммония (КИ4)2НР04, который входит в ряд огнезащитных составов, а также используется в качестве самостоятельного огнезащитного средства.
Целью исследований является повышение прочности ДСП и их водостойкости с приданием им свойств трудногорючих материалов.
В качестве объекта исследований были выбраны широко применяемые в различных отраслях промышленности, строительства и народного хозяйства ДСП, которые производятся в промышленных масштабах на основе древесных опилок определенной дисперсности, известных полимерных связующих и гидрофобизирующих агентов.
Выпускаемые местной промышленностью ДСП подвержены горению, имеют относительно высокую степень водопоглощения и низкие показатели проч-
© Сарымсаков А. А., Йулдошов Ш. А., Усманов М. X., Джураев С. М., 2013
38
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №8
ности, что объясняется наличием микро- и макро-пор в структуре, которые формируются в процессе их производства. Количество и объем пор можно сократить за счет увеличения дисперсности древесных опилок, однако при этом повышается хрупкость и снижается прочность конечного продукта в заложенных в технологии условиях формирования ДСП.
С целью повышения плотности (а следовательно, и прочности) ДСП, уменьшения количества и объема пор нами проведены исследования возможности включения в структуру ДСП различного количества микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) дисперсностью 40-100 мкм (табл. 1). Формирование ДСП, содержащих МКЦ, проводили в условиях, соответствующих режимам действующих предприятий.
Как видно из табл. 1, добавление в состав известных композиций от 5 до 25 % МКЦ способствует увеличению плотности получаемой ДСП. При этом прочность при изгибе, модуль упругости, прочность на отрыв поперек пластины и разбухание ДСП проходят через максимум. Максимальные значения физико-механических показателей достигаются при содержании 15 % МКЦ в структуре ДСП.
Аналогичные исследования были проведены с использованием образцов МКЦ дисперсностью 10-40 мкм. При этом установлено повышение плотности полученных образцов ДСП до 790-880 кг/м3 при постоянстве их физико-механических показателей (см. табл. 1).
Ввиду сложности в условиях обычного производственного процесса равномерного распределения высокодисперсного МКЦ по всему объему ДСП нами были проведены исследования по смешиванию с древесностружечной массой предварительно приготовленной композиции МКЦ в растворе Ка-КМЦ. При этом было достигнуто равномерное распределение МКЦ по всему объему ДСП. Кроме того, добавление композиции Ка-КМЦ способствовало повышению адгезии частиц МКЦ к частицам древесностружечной массы. На основании экспериментальных исследований было найдено оптимальное соотношение (% масс.) между содержанием древесностружеч-
ной массы, МКЦ и Ш-КМЦ — 80:15:5. При термопрессовании указанной композиции с добавлением известных связующих, отвердителей и гидрофибизи-рующих агентов в режимах и соотношениях, используемых в промышленности, были получены образцы ДСП с плотностью 950-980 кг/м3 и пределом прочности 13,8-14,5 МПа при толщине образцов 19 мм с гладкой поверхностью.
Добавление водного раствора №-КМЦ способствовало повышению адгезии частиц МКЦ к древесине в порах ДСП, что позволило повысить прочность конечного продукта. Под воздействием высоких температур на стадии прессования раствор Ка-КМЦ в структуре ДСП проникал в микропоры с последующим термосшиванием. Факт сшивания МКЦ доказан снижением ее растворимости в воде. Нам не удалось из полученных опытных образцов ДСП посредством вымывания выделить водорастворимую композицию Ка-КМЦ.
Далее нами были проведены исследования по подбору антипиренов с целью придания разрабатываемым образцам ДСП огнезащитных свойств. Основными критериями при подборе антипиренов были доступность, невысокая стоимость, безопасность и эффективность компонентов.
В качестве компонентов для антипиренов были выбраны ортофосфорная кислота и аммиак. Общее содержание этих компонентов не превышало 15 % от древесной массы. Поставленная цель достигалась за счет соблюдения строгой последовательности, режимов и условий добавления компонентов при получении пресс-композиции. После ее сушки проводилось формирование образцов ДСП в лабораторных условиях, соответствующих режимам действующих предприятий.
На основании результатов экспериментальных исследований были получены огнезащищенные лабораторные образцы ДСП со следующими физико-механическими показателями: толщина 20 мм, плотность 945 кг/м3, предел прочности при изгибе 14,9 МПа, прочность на отрыв поперек пластины 0,42 МПа, разбухание по толщине за 24 часа 13,4 %.
Таблица 1. Физико-механические показатели образцов ДСП, содержащих различное количество МКЦ дисперсностью 40 мкм
Образец ДСП Плотность, кг/м3 Предел прочности при изгибе, МПа Модуль упругости при изгибе, МПа Прочность на отрыв поперек пластины, МПа Разбухание по толщине за 24 ч, %
Промышленный (контроль) 570 11,2 2,0 0,24 17,0
Лабораторный с МКЦ, %:
5 575 12,3 2,1 0,29 17,8
10 590 14,2 2,8 0,35 18,1
15 620 14,6 3,2 0,40 17,6
20 760 13,8 2,4 0,32 16,0
25 790 11,8 2,0 0,21 14,3
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №8
39
^|_ОТНЕЗАЩИГА
Таблица 2. Параметры и свойства горючести образцов ДСП, испытанных в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044—89
Образец ДСП Размер образца, мм Масса образца, г Потеря массы m Температура отходящих газов, °С, по истечении с начала испытаний, мин Примечание
до испытания после испытания г % 1 2 3 4 5
Промышленный образец 150x60x16 112 9,3 102,7 91,7 182 262 345 512 652 Горит
Лабораторный образец (15 % МКЦ) 150x60x16 124 29,0 95,0 76,6 184 256 333 507 648 Горит
Лабораторный образец (15 % МКЦ + 5 % Ж-КМЦ) 150x60x19 142 37,5 104,5 73,6 178 239 315 510 643 Горит
Лабораторный образец (15 % МКЦ + 5 % Ж-КМЦ + + 15% антипирен) 150x60x20 159 151,0 8,0 5,0 180 182 188 187 188 Тлеет
Далее промышленные и лабораторные образцы ДСП передавались в химико-технологическую лабораторию Научно-исследовательского центра ВТШПБ МВД РУз для определения их огнезащитных свойств:
• промышленный ДСП;
• лабораторный образец ДСП, содержащий 15 % МКЦ от массы древесных опилок (дисперсность 40 мкм);
• лабораторный образец ДСП, содержащий 15 % МКЦи5%К а-КМЦ от массы древесных опилок;
• лабораторный образец, содержащий 15 % МКЦ, 5 % Ка-КМЦ и 15 % фосфорной кислоты и аммиака от массы древесных опилок. Остальные компоненты композиции древесной
массы были взяты в соответствии с рецептурой действующих предприятий.
Испытания полученных образцов ДСП проводились на установке "Керамическая труба". Внутри ко-
роба керамической трубы устанавливался нормативный режим горения с температурой на конце пламени 750 °С, на выходе керамической трубы температура отходящих газов составляла (200+5) °С в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044-89.
Образцы поочередно закрепляли на держателе и опускали внутрь керамической трубы. С интервалом 1 мин после начала испытаний измеряли температуру отходящих газов, которой характеризуется степень горения образца.
Параметры и свойства горючести образцов ДСП, испытанных в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044-89, представлены в табл. 2.
Таким образом, результаты лабораторных исследований позволяют сделать заключение, что образцы ДСП четвертой группы как по критерию потери массы, так и по температуре отходящих газов согласно ГОСТ 12.1.044-89 отнесены к классу трудногорючих.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шварцман Г. М.Производство древесностружечных плит. — М. : Лесная промышленность, 1977.—222 с.
2. Технология целлюлозно-бумажного производства. — М. : Политехника, 2006. — 499 с.
3. ЛеоновичА. А., Шелоумов А. М. Снижение пожарной опасности древесных материалов, изделий и строительных конструкций. — СПб. : ГПУ, 2002. — 59 с.
Материал поступил в редакцию 23 января 2013 г.
= English
FILLED-DENSITY WOOD CHIPBOARD WITH A LOWER FLAMMABILITY
SARYMSAKOV A. A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy Director of Institute of Polymer Chemistry and Physics, Uzbekistan Academy of Sciences (A. Kadyri St., 7b, Tashkent, 100128, Uzbekistan; e-mail address: carbon@uzsci.net)
YULDOSHOV Sh. A., Low Researcher of Institute of Polymer Chemistry and Physics, Uzbekistan Academy of Sciences (A. Kadyri St., 7b, Tashkent, 100128, Uzbekistan; e-mail address: sherzodbek_y@mail.ru)
USMANOV M. Kh., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Docent, Head of Research Center of Fire Safety Higher Technical School, Interior Department of Uzbekistan (Dustlik St., 5, Tashkent, 100102, Uzbekistan; e-mail address: m_usmanov@mail.ru)
DJURAEV S. M., Head of Fire and Technical Laboratory, Interior Department of Uzbekistan (Sh. Rashidova Avenue, 17, Tashkent, 100017, Uzbekistan)
40
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 TOM 22 №8
ABSTRACT
The aim of our research was to increase the strength and water resistance of particleboard with improving their flammability properties.
Commercially particleboards are usually exposed combustion, high water absorption and a relatively low strength. We have experimentally established that the addition 5-25 % microcrystalline cellulose with 10-40 micron and 5 % Na-CMC into the known composition of particleboard increases the density of products. Flexural strength, elasticity modulus, tensile strength across the sheet and swelling of particleboard passes through a maximum. To the maximum values of physical-mechanical indexes of the particleboards achieved with microcrystalline cellulose — 15 % and Na-CMC — 5 %. The results of analysis showed, increasing density ofthe particleboard samples to 790-880 kg/m3, their physical-mechanical values achieves 0.35-0.40 MPa.
In order to increase fireproof properties ofthe particleboard samples were studied on the selection of antipyrens.
As an antipyren was selected phosphoric acid and ammonia. The total content of selected antipyrens not exceed 15 %. Thus, the purpose is performed by optimizing sequence and mode of processes, conditions for adding components of antipyren on the preparation of press-compositions.
By the parameters and combustibility properties of the obtained samples of particleboard are assigned to the group of "slow-burning" materials to accordance with State standard 12.1.044-89.
Keywords: particleboard; microcrystalline cellulose; strength; waterproofness; antipyrens; slow-burning materials.
REFERENCES
1. Schwartzman G. M. Proizvodstvo drevesnostruzhechnykh plit [Production of particle boards]. Moscow, Lesnaya promyshlennost Publ. [Forest Industry Publ.], 1977. 222 p.
2. Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva [The technology of pulp and paper production]. Moscow, Politekhnika Publ., 2006. 499 p.
3. Leonovich A. A., Sheloumov A. M. Snizheniyepozharnoy opasnosti drevesnykh materialov, izdeliy i stroitelnykh konstruktsiy [Reducing fire hazard of wood materials, products and building construction]. St.-Petersburg, St.-Petersburg State Polytechnical University Publ., 2002. 59 p.
Издательство «П0ЖНАУКА»
Представляет книгу
А. А. Антоненко, Т. А. Буцынская, A. H. Членов. ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ: учебно-справочное пособие / Под общ. ред. д-ра техн. наук А. Н. Членова. -М.: 000 "Издательство "Пожнаука", 2010. - 210 с.
В учебно-справочном пособии изложены основы современного подхода к проблеме комплексного обеспечения безопасности объектов хозяйствования с помощью технических средств и систем; приведены сведения о технической эксплуатации комплексных систем безопасности, а также справочно-методическая информация для решения практических задач по эксплуатации. Дано основное содержание эксклюзивной разработки — ГОСТ Р 53704-2009 "Системы безопасности комплексные и интегрированные", входящего в отраслевой комплект нормативно-технической документации по данной проблеме.
Книга предназначена для практических работников в области систем безопасности и может быть использована как учебное пособие для подготовки и повышения квалификации специалистов соответствующего профиля.
121352, г. Москва, а/я 43; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №8
41
Основы эксплуатации
СИСТЕМ °3 КОМПЛЕКСНОГО i
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ■ j-i-'V^J БЕЗОПАСНОСТИ ■
