CC BY
36
УДК 550.380; 551.508; 551.501
Аносова Е.Б., Ляшенко С.М., Перова А.Н., Капранов А.А.
СОВРЕМЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ КАК ИСТОЧНИК РИСКА
ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
В настоящем исследовании рассматривается проблем,а токсического и термического воздействия современных синтетических материалов в условиях повышенных температур, которые возможны в момент возникновения и развития пожара в бытовом секторе. Приведённые литературные данные свидетельствуют об актуальности рассмотрения данного вопроса. С использованием, методик ГОСТа получены показатели горючести и, воспламеняемости трёх образцов синтетических покрытий, широко применяемых в быту. С применением современных методов исследован, состав газообразных и твёрдых продуктов термолиза для десяти полимерных и композиционных материалов. Ha, основании, полученных результатов исследования, дана, оценка, токсичности и пожароопасности и выявлен образец (клеёнка на основе поливинидхлорида), представляющий наибольшую опасность. Установлены параметры, влияющие на пожаровзры,-воопасные и токсические свойства образцов.
Ключевые слова: полимерные и композиционные материалы, пожарная опасность, токсическая опасность, синхронный термический анализ, ПК-спектроскопия.
Anosova Е.В., Lyashenko S.M., Perov A.N., Kapranov A.A.
MODERN SYNTHETIC MATERIALS AS A SOURCE OF RISK IN EMERGENCY
SITUATIONS
The present study addresses the problem of toxic and thermal effects of modern synthetic materials at elevated temperatures, which may be at the time of the emergence and development of a fire in the household sector. The given literature data show the relevance of the consideration of this issue. Using indicators of combustibility and flammability STATE techniques obtained three samples of synthetic coatings are widely used in everyday life. With the use of modern methods to study the composition of the gaseous and solid thermolysis products for ten polymeric and composite materials. Based on the results of the study assessed the toxicity and flammability and identified sample (oilcloth based polivinidhlorida) representing the greatest danger. The parameters affecting the fire and explosion hazard and toxic properties of the samples.
Keywords: polymeric and composite materials, fire hazard, toxic hazard, simultaneous thermal analysis, IR-spectroscopy.
В условиях современного развития строительной отрасли промышленности широкое распространение получили синтетические полимерные и композиционные материалы, что связано с разнообразием их эксплуатационных свойств и относительно невысокой стоимостью. Эти материалы, в частности, находят широкое применение для отделки, декорирования и утепления жилых и общественных зданий.
В то же время статистика чрезвычайных ситуаций демонстрирует наибольшее (до 70%) количество тяжёлых исходов, связанных с гибелью и повреждением здоровья людей при по-
жарах в бытовом секторе.
В настоящее время материалы, использующиеся в строительстве, подлежат обязательной сертификации по пожарной и токсической опасности, согласно перечню продукции, подлежащей обязательной сертификации по пожарной безопасности, установленному в ст. 146 ФЗ № 123. Однако это положение соблюдается далеко не всегда. Кроме того, данные, указанные в сертификатах добровольной пожарной и токсической сертификации, могут не совпадать с реальными характеристиками материалов.
Аносова Е.Б., Ляшенко С.М., Перова А.Н., Капранов A.A.
Настоящее исследование посвящено оценке пожарной опасности десяти материалов, применяющихся в разнообразных областях строительства (отделка помещений, утепление, декоративное оформление). Данные образцы закуплены в торговых точках розничной и оптовой торговли. На часть из них были представлены сертификаты пожарной и токсической безопасности, на остальные отсутствовали, а один из образцов (гобеленовая ткань) не входит в перечень материалов, подлежащих обязательной сертификации по пожарной и токсической безопасности (таблица 4).
Испытания на пожарную опасность проводились согласно методикам и на установках, описанных в ГОСТах [1, 2].
В соответствии с [1], оценка пожарной опасности строительных, текстильных и кожевенных материалов в Российской Федерации осуществляется по следующим показателям:
1) горючесть;
2) воспламеняемость;
3) способность распространения пламени по поверхности;
4) дымообразующая способность;
5) токсичность продуктов горения.
В таблицах 1-3 представлена классификация стоительных материалов по показателям пожарной опасности.
Результаты испытаний приведены в таблице 4.
Как видно из результатов таблицы 4, данные, приведенные в сертификате пожарной и токсической безопасности, не совпадают с определенными экспериментально для образца 1, в случае образцов 2, 3 и 10 сертификата не было. Для остальных образцов данные о горючести и воспламеняемости взяты из предоставленных документов о пожарной и токсической безопасности.
Таблица 1 - Классификация строительных материалов по группам горючести
Группа Параметры горючести
горючести Температура Степень Степень Продолжительность
материалов дымовых газов повреждения повреждения самостоятельного
Т, °С по длине Бь, % по массе 8т, % горения с
Г1 < 135 < 65 < 20 0
Г2 < 235 < 85 < 50 < 30
Гз < 450 >85 < 50 < 300
Г4 >450 >85 >50 >300
Таблица 2 - Классификация строительных материалов по группам воспламеняемости
Группа воспламеняемости материала КППТП*, кВт/м2
В1 35 и более
В2 От 20 до 35
Вз Менее 20
КППТП — критическая поверхностная плотность теплового потока, т.е. минимальное значение поверхностной плотности теплового
потока, при котором возникает пламенное горение.
Таблица 3 - Классификация строительных материалов по дымообразующей способности
Группа дымообразующей способности Коэффициент дымообразования, м2-кг-1
Д1 Менее 50
Д2 От 50 до 500
Дз Более 500
Таким образом, установить пожарную опасность синтетических материалов на основании единственно сертификата пожарной и токсической безопасности не всегда представляется возможным. Поэтому нами были проведены дополнительные исследования склонности к горению и пожароопасных свойств рассмотренных материалов.
Испытания проводили с помощью синхронного термического анализа (STA).
Данный метод широко используется в настоящий момент для оценки пожарной опасности в исследованиях современных авторов [3], его эф-
фективность подтверждена исследованиями.
Для оценки поведения материалов при термическом воздействии на них были проведены исследования методом TG-DSC на приборе фирмы NETZSCH для синхронного анализа ТГ/ДСК NETZSCH STA 449 F3 Jupiter, который позволяет измерять изменения массы и тепловых эффектов при температуре до 2000 ОС. Прибор имеет следующие характеристики: скорость нагрева и охлаждения 0,001 — 50 оС/мин; максимальная масса образца^ 35 г; разрешение ТГ — 1 мкг; разрешение ДСК < 1 мкВ.
Таблица 4 - Результаты испытаний материалов на горючесть и воспламеняемость
Образец Наличие сертификата Группа горючести Группа воспламеняемости Коэффициент дымообразования
Сертификат Эксперимент Сертификат Эксперимент Сертификат Эксперимент
1. Плитка потолочная «Кшёесог» + Гз Гз В2 Вз Дз
2. Плитка потолочная «Антарес» - - Гз - В2 Дз
3. Клеенка из ПВХ, на тканевой основе - - Г4 - Вз Д1
4. Пенополистирол + Ti - В2 - Дз -
5. Покрытие для пола ПВХ + Г4 - Вз - Дз -
6. Обои виниловые + Г2 - В1 - Дз -
7. Мембрана армированная + Г4 - Вз - - -
8. Мембрана ПВХ + Г4 - Вз - - -
9. Изоляция битумно-полимерная - Г4 - Вз - - -
10. Гобеленовая ткань - - - - - - Д2
Аносова Е.Б., Ляшснко С.М., Перова А.Н., Капранов A.A.
В качестве держателей использовались ке- щеетва сравнения оксид алюминия. Типичная рамичеекие тигли с крышечкой, в качестве ве- термограмма приведена на рис.1.
Рисунок 1 - Термограмма плитки потолочной «Антарес», скорость нагрева 20°С/мин.
Как видно из термограммы, уменьшение массы исследованного образца плитки потолочной «Антарес» сопровождается экзотермическим эффектом, начинающимся при 289 °С. Далее следует резкая убыль образца в течение нескольких минут, вероятно, связанная с его сгоранием. Это предположение соответствует результатам определения группы воспламеняемости и группы горючести данного материала.
Результаты исследований сведены в таблицу 5. Как видно из данных эксперимента, уменьшение массы при нагревании всех исследованных образцов сопровождается экзотермическими эффектами различной величины (ДДэкз., кДж/кг), в ряде случаев превышающих 500 кДж/кг, что повышает их опасность в условиях высоких температур [4|.
Термические процессы в образцах, предва-
ряющие их воспламенение, оказывают влияние и на опасность их токсического воздействия. Эту опасность может характеризовать температура начала уменьшения массы.
Температура начала уменьшения массы (iH.y) определяется по данным кривой уменьшения массы образца (TG) и соответствует условиям, когда TG-кривая резко изменяет свою форму, что определяется при помощи ее первой производной, получаемой с использованием программного комплекса NETZSCH.
Температура начала экзотермического разложения (¿е.экз.) соответствует началу экзотермического эффекта на кривой DSC исследованных образцов. Данная характеристика пожарной опасности не внесена в ГОСТ, но есть в РД [4|. Она соответствует началу в исследуемом образце экзотермических процессов, переходящих пламенное горение.
Таблица 5 - Расшифровка термограмм исследованных образцов
Образец t ujj >v ) t °с ДЯЭК3., кДж/кг
1. Плитка потолочная «Кшёесог» 361 376 0,8
2. Плитка потолочная «Антарес» 306 289 444
3. Клеенка из ПВХ на тканевой основе 269 422 2282
4. Пенополистирол 335 345 8,75
5. Покрытие для пола ПВХ 280 381 15489
6. Обои виниловые 269 412 606,1
7. Мембрана армированная 290 425 20504
8. Мембрана ПВХ 272 410 1334
9. Изоляция битумно-полимерная 373 370 10344
10. Ткань гобеленовая 367 367 5228
Как видно из данных таблицы 5, £н.у и ¿н.экз.) рассмотренные образцы различаются между собой на (0-153)°С, что может свидетельствовать о различиях в процессах, сопровождающих уменьшение массы материалов: термическом и термоокислительном разложении.
Таким образом, наибольшую опасность при воздействии повышенных температур представляет образец клеёнки ПВХ на тканевой осно-
ве, iH.y которой является самой низкой из установленных методом DSC. Учитывая это, а также сильную горючесть и лёгкую воспламеняемость (таблица 4), данный образец требует дополнительных исследований на токсическую опасность как представляющий наибольший потенциальный риск воздействия в условиях повышенных температур.
Литература
1. ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) ССБТ. По-жароврывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — М.: ИПК Изд. стандартов, 2001. —100 с.
2. ГОСТ 30402-96. Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость. — М.: ИПК Изд. стандартов, 1996. — 27 с.
3. Чешко II., I. Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования) / Под науч. ред. канд. юр. наук П. А. Андреева. — 2-е изд., стереотип. — СПб.: СПбИПБ МВД России. 1997. - 562 с.
4. РД 09-251-98. Положение о порядке разработки и содержание раздела «Безопасная эксплуатация производств» технологического регламента. -М.: ПИО ОБТ, 1999. - 10 с.
Рецензент: кандидат химических, доцент Шарифуллина Л.Р.
