CC BY
74
УДК 614.841
О ДЫМООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОТДЕЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
© 2017 Н. В. Ермакова
канд. хим. наук, доцент, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и сервиса транспортных средств e-mail: [email protected]
Курский государственный университет
В статье рассмотрены факторы дымообразования при горении напольных покрытий, выполненных из полимерных материалов. Проведен анализ продуктов термической деструкции полимеров, а также составов современных марок поливинилхлоридных линолеумов. Перечислены способы снижения коэффициента дымообразующей способности.
Ключевые слова: пожар, дымообразующая способность, горение, отделочные материалы, линолеум.
По мировой статистике [Selected causes...] Россия находится на 45 месте по количеству погибших в пожаре (7 погибших на каждые 100 тысяч человек населения страны). При этом дымообразование во время пожара и в помещениях, и на открытом пространстве (лесные, степные, торфяные пожары) является одним из значимых факторов в гибели людей. По усредненным оценкам до 70 % смертельных случаев связано с воздействием дыма - одного из опасных факторов пожара.
Известно, что отрицательное воздействие дыма заключается в следующих причинах. Во-первых, образующийся дым «замещает» выгорающий кислород, состав воздуха меняется и становится непригодным для дыхания. Во-вторых, большая часть выделяющихся при горении веществ обладает токсическими для организма человека свойствами. Механизм их воздействия различен. В частности, оксиды углерода гораздо лучше, чем кислород, образуют комплексы с гемоглобином крови. В-третьих, немаловажным фактом является свойство дыма значительно снижать видимость, что в закрытых помещениях может стать роковым обстоятельством.
ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» (с Изменением N 1 от 08.10.99) вносит коэффициент дымообразования в номенклатуру показателей пожаровзрывоопасности твердых веществ и материалов. Хотя дым, содержащий твердые частицы, может образовываться и при сгорании газообразных и жидких веществ.
Пожар, несмотря на идентичность возникающих ситуаций, характеризуется неповторяемостью вследствие сложности физико-химического процесса. Горение различных по составу материалов и веществ, использованных для отделки, либо материальных ценностей, находящихся в помещении, имеет характер цепной реакции и сопровождается тепло- и массообменными процессами. Поэтому в реальных условиях пожара не происходит образования только лишь устойчивых газообразных веществ, что можно было бы ожидать при диффузионном пламенном горении. Дым пожара - это аэрозоль, образованный продуктами неполного сгорания.
При сгорании строительных отделочных материалов дым составляют преимущественно твердые частицы, часть которых образуется в результате разложения материалов под воздействием мощного нагрева. Условия протекания пожара оказывают непосредственное влияние на качественный и количественный состав дыма. Процессы пиролиза приводят к образованию высокомолекулярных соединений, в частности, циклических ароматических углеводородов и полиацетиленов [Ипатьев, Яглов 2002], которые и являются источниками сажи.
Несомненно, наличие токсичных веществ в составе дыма находится в прямой зависимости от качественного состава отделочных материалов. Однако нет прямой корреляции между количеством и разнообразием выделяющихся токсинов и интенсивностью дымообразования.
Почти универсальные, полимерные материалы в то же время пожароопасны. Чтобы избавиться от этой отрицательной характеристики, прибегают к различным способам: модифицируют состав полимеров, вносят наполнители (мел, каолин, перлит и т.д.), комбинируют с антипиренами, наносят огнезащитные покрытия и пропитки и т. п. Ни один из этих способов не позволяет добиться полной пожаробезопасности полимерных материалов в силу их обогащенности углеродом и водородом (табл.1), но может влиять на изменение дымообразования.
Таблица 1
Состав и свойства продуктов термической деструкции полимерных материалов
Полимерный материал Продукты пиролиза Продукты горения Температура зажигания, оС Кислородный индекс, %
по ASTM 2863
Полиакрилат Мономеры СО, СО2 338 17,3
Полиамид 6,6 Амины, монооксид и диоксид углерода СО, СО2, NH3, амины 424 28,7 (самозатухающий)
Поливинилхлорид Хлороводород, ароматические углеводороды СО, СО2, HCl 454 47 (самозатухающий)
Полиолефин Олефины, парфины, алициклические остатки углеводородов СО, СО2 343 17,4
Поликарбонат Диоксид углерода, фенол СО, СО2 482 27
Полистирол Мономеры, димеры, тримеры стирола СО, СО2 360 18,3
Полиэфир Стирол,бензойная кислота СО, СО2 485 22,8
Рассмотрим свойства популярного долгое время и используемого в помещениях различного назначения напольного покрытия - линолеума. Наиболее распространен поливинилхлоридный (ПВХ) линолеум.
Рецептура ПВХ линолеума два-три десятка лет назад имела примерно следующий состав: поливинилхлорид, диоктилфталат (для гибкости и износоустойчивости), хлорпарафин (антипирен), мел, стабилизатор, пигмент. В качестве наполнителей, кроме гидрофобного мела, в состав могли быть включены цинковые белила, триоксид сурьмы, оксид алюминия. Антипирены призваны повышать
Ермакова Н. В. О дымообразующей способности отделочных материалов
огнестойкость материалов. Они могут быть введены в структуру полимера посредством химического взаимодействия либо внесены в составе огнезащитного покрытия. Однако антиперены зачастую приводят к повышению сажеобразующей способности.
ВНИИПО было проведено исследование, в результате которого установлено, что компоненты рецептуры - галогенпарафины, стабилизаторы, наполнители и пигменты увеличивали коэффициент дымообразования в режиме горения на 20% [Щеглов 1992].
Из известных современных торговых марок напольных покрытий наибольшим спросом пользуются «Tarkett», «Grabo», «Juteks», «Forbo». В линейке продуктов производителя «Tarkett» широкий ассортимент линолеумов [Линолеум...]: бытовой, коммерческий гомогенный и гетерогенный, специальные ПВХ покрытия (антистатические, противоскользящие, звукоизолирующие, настенные, для влажных помещений), а также покрытия для транспорта. Анализ ассортимента показал, что абсолютное большинство представителей коллекции Tarkett характеризуется дымообразующей способностью Д3. ГОСТ 12.1.044-89 устанавливает следующую классификацию по показателю «дымообразующая способность» для строительных материалов:
Д1 - малая дымообразующая способность (не более 50 м2/кг);
Д2 - умеренная дымообразующая способность (50-500 м2/кг);
Д3 - высокая дымообразующая способность (более 500 м2/кг).
Примерно 70 % материалов на основе поливинилхлоридной смолы характеризуются максимальным значением коэффициента дымообразования в режиме тления.
В состав газовой фазы, образуемой продуктами термической деструкции поливинилхлоридного линолеума, входят следующие вещества: пары воды, моно- и диоксид углерода, оксиды азота, хлористый водород, бензол (второй класс опасности по токсичности), а также вещества четвертого класса опасности - пентан, гептан и их изомеры, бутадиен, циклопентадиен, метилпроизводные алканов.
Один из путей снижения дымообразующей способности - изменение состава полимерного материала, например варьирование видами и концентрациями пластификаторов. При высокой температуре бензольные кольца ароматических углеводородов распадаются с образованием водорода, этилена и ацетилена, последние два из которых участвуют в формировании частиц дыма. Поэтому предпочтительней использовать пластификатор неароматического ряда, например диоктилфталат заменить на диоктиладипинат [Ипатьев, Яглов 2002], не имеющий бензольного кольца и выделяющий меньше дыма при горении.
Другой способ предусматривает создание условий «дожигания» выделяющихся продуктов. Для этого необходимо обеспечить дополнительный кислород в пламени, например обогащение летучих продуктов кислородсодержащими веществами. Поэтому в состав ПВХ линолеумов могут быть введены оксиды металлов. Кроме того, соединения металлов могут способствовать образованию коксовых остатков или же переходу в газовую среду летучих соединений, подавляющих дымообразование. Согласно исследованиям [Асеева, Зайков 1981], ферроцен уменьшает количество бензола, являющегося основным предшественником сажи при горении ПВХ линолеума.
Долгое время в качестве антиперенов для полимерных изделий использовали хлор- и бромсодержащие соединения (например, хлорпарафин, гаксабромбензол). Но теперь достаточно широко начали применять гексабромциклододекан и декабромдифенилоксид (табл. 2), являющиеся более эффективными замедлителями реакций горения, но уступающие с точки зрения экологии гидроксидам.
Таблица 2
Свойства гексабромциклододекана
Наименование показателя Величина
Массовая доля связанного брома, %, не менее 70
Температура начала плавления, °С, не ниже 175
Массовая доля летучих веществ, %, не более 0,65
Опасность в обращении пожаро-, взрывобезопасен
Другие свойства
Не изменяет свойства пластиков и изделий из них
Обладает малой токсичностью
Неслеживаемость
Технологическая простота введения в полимеры и получения гомогенных композиций
Высокая степень предотвращения от воспламенения и самостоятельного горения изделий из
полимерных материалов
Самым распространенным антипиреном-гидроксидом является гидроксид алюминия. Изучение состава современных марок ПВХ линолеумов показало, что производители все же предпочитают использовать устаревший хлорпарафин.
Анализ источников дымообразования в поливинилхлоридных линолеумах при их горении позволяет сделать вывод, что есть перспективные пути модификации составов, которые будут приняты на вооружение отечественными производителями напольных покрытий с целью снижения токсичности и оптической плотности дыма при пожаре.
Библиографический список
Асеева Р.М., Зайков Г.Е. Горение полимерных материалов. М.: Наука, 1981.
280 с.
Ипатьев А.В., Яглов В.Н. Дымообразующая способность веществ и материалов (физико-химические процессы, методы исследований, способы управления). Мн.: Белорусский республиканский фонд фундаментальных исследований, 2002. 75 с.
Линолеум. Tarkett [сайт] URL: http://www.tarkett.ru/catalog/vinyl (дата обращения 30.09.2017).
Щеглов П.П., Иванников В.Л. Пожароопасность полимерных материалов. М.: Стройиздат, 1992. 110 с.
Selected causes of death. Worldlifeexpectancy [сайт] URL: http://www.worldlifeexpectancy.com/ (дата обращения 29.09.2017).
