CC BY
33
B. М. БАЛАКИН, канд. хим. наук, профессор кафедры технологии переработки пластмасс, Уральский государственный лесотехнический университет
(Россия, 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37; e-mail: [email protected]) М. А. КРАСИЛЬНИКОВА, аспирант Уральского государственного лесотехнического университета, научный сотрудник научно-исследовательского отделения Учебно-научного комплекса обеспечения пожарной безопасности объектов защиты (НИО УНК), ФГБОУ ВПО Уральский институт ГПС МЧС России (Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22)
А. В. СТАРОДУБЦЕВ, аспирант, Уральский государственный лесотехнический университет (Россия, 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37)
C. Н. ПАЗНИКОВА, начальник кафедры химии и процессов горения, ФГБОУ ВПО Уральский институт ГПС МЧС России (Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22; e-mail: [email protected])
Т. И. АХМЕТОВ, курсант, ФГБОУ ВПО Уральский институт ГПС МЧС России (Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22)
Д. В. ЦЕЛОУСОВ, курсант, ФГБОУ ВПО Уральский институт ГПС МЧС России (Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22)
М. И. СМОЛЬНИКОВ, преподаватель кафедры пожарной безопасности в строительстве, ФГБОУ ВПО Уральский институт ГПС МЧС России (Россия, 620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22)
УДК 620.197.6:678.049.91:532.72
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОГНЕЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ АНТИПИРЕНОВ НА ОСНОВЕ ПРОДУКТОВ АМИНОЛИЗА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА
Получены фосфорсодержащие замедлители горения для древесины, определены их физико-химические свойства. Изучена огнезащитная эффективность антипиренов для древесины на основе продуктов аминолиза полиэтилентерефталата экспресс-методом "огневая труба" и на установке типа ОТМ согласно НПБ 251-98.
Ключевые слова: огнезащитный состав для древесины; полиэтилентерефталат; аминолиз.
В мировой практике строительной индустрии материалы из древесины находят широкое применение в качестве конструкционного материала для зданий и сооружений различного назначения — жилых, сельскохозяйственных, животноводческих, складских, производственных и общественных. В настоящее время в России, странах Европы и Азии интенсивно развивается малоэтажное деревянное строительство, а также строительство зданий и сооружений с применением деревянных клееных конструкций.
Область применения деревянных конструкций обусловлена стойкостью древесины к повышенной агрессии среды и малой, по сравнению с металлом и железобетоном, объемной массой.
Однако применение конструкций из древесины без соответствующей огнезащиты ограничено, особенно в строительстве общественных и производственных крупногабаритных сооружений и зданий. Современные способы огнезащиты, разработанные для деревянных конструкций, позволяют существенно снизить их пожарную опасность [1].
В настоящее время для огнезащиты натуральной древесины популярны такие способы, как поверхностная и глубокая пропитка специальными составами, содержащими антипирены, а также нанесение огнезащитных покрытий [1].
Обработка огнезащитными покрытиями заключается в нанесении на поверхность защищаемого материала слоя покрытия, эффективность которого определяется физико-химическими свойствами и адгезией к данной поверхности. При непосредственном воздействии источника зажигания огнезащитные покрытия затрудняют горение конструкций, облегчая тем самым тушение пожара, а в ряде случаев исключают возможность его возникновения.
Ранее на кафедре технологии переработки пластических масс Уральского государственного лесотехнического университета были разработаны рецептуры огнезащитных составов (ОЗС) для древесины из продуктов аминолиза полиэтилентерефталата (ПЭТФ) полиаминами и совместно с кафедрой химии и процессов горения Уральского института ГПС
© Балакин В. М., Красильникова М. А., Стародубцев А. В., Пазникова С. Н., Ахметов Т. И., Целоусов Д. В., Смольников М. И., 2013
МЧС России исследована огнезащитная эффективность этих соединений [2, 3].
Целью данной работы является получение и изучение свойств и огнезащитной эффективности ан-типиренов для древесины на основе продуктов ами-нолиза ПЭТФ и, кроме того, сравнение полученных результатов по огнезащитной эффективности с выпускаемым в настоящее время промышленностью антипиреном "Аммафон-1" (ТУ 2499-025-168861062003) (далее — аммафон).
Огнезащитный состав был получен из продуктов аминолиза ПЭТФ алифатическими аминами при условиях, приведенных в работах [2-4]. В качестве алифатических аминов использовали моноэтанол-амин (ОЗС-1), диэтаноламин (ОЗС-2) и полиэтилен-полиамин (03С-3).
Исследование физико-химических свойств синтезированных ОЗС (см. таблицу) показало, что они находятся на уровне контрольного образца— амма-фона, что с технологической точки зрения позволяет их наносить на поверхность защищаемой конструкции.
Первичную оценку эффективности огнезащитных составов определяли экспресс-методом "огневая труба". Он заключается в поджигании образцов размером 100x35x5 мм при помощи спиртовой горелки в течение 2 мин в "огневой трубе". Обработку образцов осуществляли многократным нанесением ОЗС кистью.
Для определения оптимального расхода огнезащитных составов с максимальной огнезащитной способностью были проведены исследования по обработке древесных образцов несколькими (от 1 до 4) слоями ОЗС. Для сравнения влияния степени поглощения ОЗС древесиной на потерю массы последней при горении использовали древесные материалы, пропитанные составами ОЗС-1 и ОЗС-2. В качестве контрольного использовали древесный образец, пропитанный аммафоном (рис. 1).
Из рис. 1 видно, что увеличение расхода ОЗС на основе этаноламинов приводит к снижению потери массы при горении. Кроме того, из графика следует, что огнезащитный состав ОЗС-1 наиболее эффективен: потеря массы образца составляет 10 % при расходе 80 г/м2, в то время как потеря массы контрольного образца при таком же расходе более 30 %.
Предварительная оценка эффективности огнезащитных составов по методу "огневая труба" показала, что применение разработанных азотфосфор-содержащих ОЗС приводит к снижению потери массы образцов древесины при горении. С целью подтверждения предварительных исследований огнезащитной эффективности новых составов, выполненных экспресс-методом, были проведены испытания ОЗС на основе этаноламинов согласно
Физико-химические свойства огнезащитных составов
Показатель Аммафон ОЗС-1 ОЗС-2 ОЗС-3
Внешний вид Жидкость светло-коричневого цвета Жидкость светло-желтого цвета Жидкость темно-коричневого цвета
Массовая доля сухого остатка, % 44-50 42,6 46,5 59,2
Плотность, г/м3 1,17-1,19 1,19 1,18 1,22
Условная вязкость, с 12-15 10 11 12
рн 6,5-7,5 7 7 7
2? 100
я я №
и &
в &
Я
и и я 2 к
I
К
80
60
40
20
О ОЗС-1 ■ ОЗС-2 а Аммафон
20 40 60 80 100 Расход ОЗС, г/м2
120
Рис. 1. Зависимость потери массы образцов древесины при горении от расхода ОЗС на основе этаноламинов (метод "огневая труба"): 1 — г2 = 0,51; 2 — г2 = 0,75; 3 — г2 = 0,95
20
8 15 &
Я
& 10
и £
« 5 &
8
с о
♦ ОЗС-1
• ОЗС-2
100 200 300
Расход ОЗС, г/м2
400
500
Рис. 2. Зависимость потери массы образцов древесины при горении от расхода ОЗС на основе этаноламинов (установка типа ОТМ): 1 — г2 = 0,79; 2 — г2 = 0,83
НПБ 251-98 [5, 6] на установке типа ОТМ на древесных образцах размером 150x60x30 мм (рис. 2).
На основании полученных данных можно сделать вывод, что результаты предварительных исследований на установке типа ОТМ имеют аналогичную закономерность, что и полученные по методу "огневая труба". Минимальная потеря массы образцов при горении наблюдается при применении ОЗС-1 и составляет 3 %. Наиболее целесообразно приме-
30
{ББИ 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 ТОМ 22 №4
100 200 300 400
Расход ОЗС, г/м2
Рис. 3. Зависимость потери массы образцов древесины при горении от расхода ОЗС-1 и ОЗС-3 (установка типа ОТМ): 1 — г2 = 0,83; 2 — г2 = 0,80
нять ОЗС на основе моноэтаноламина (ОЗС-1) при его расходе 100 г/м2 и нанесении его одним слоем.
В ранее проведенных работах по исследованию огнезащитной эффективности ОЗС для древесины
из продуктов аминолиза ПЭТФ ди- и полиаминами было установлено, что наиболее эффективен состав, полученный в процессе аминолиза ПЭТФ полиэти-ленполиамином (ОЗС-З) [2]. Следовательно, наиболее целесообразно произвести сравнение результатов, полученных при исследовании двух составов из продуктов аминолиза ПЭТФ — моноэтанолами-ном и полиэтиленполиамином (рис. 3).
Из рис. 3 видно, что огнезащитные составы ОЗС-1 и ОЗС-З обладают высокой огнезащитной эффективностью по отношению к древесине. При расходе обоих ОЗС 100 г/м2 и более потеря массы при горении древесных образцов не превышает 10 %.
Таким образом, проведенные исследования показали, что полученные огнезащитные составы ОЗС-1, ОЗС-2 и ОЗС-З при расходе более 100 г/м относятся к первой группе по огнезащитной эффективности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АсееваР. М., СерковБ. Б., СивенковА.Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства: монография. — М. : Академия ГПС МЧС России, 2010. — 262 с.
2. БалакинВ. М., КрасилъниковаМ. А., Стародубцев А. В., Гарифуллин Д. Ш., Киселева А. П. Огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза ПЭТФ диаминами и полиаминами // Пожаровзрывобезопасность. — 2012. — Т. 21, № 2. — С. 27-30.
3. Балакин В. М., КрасилъниковаМ. А., Стародубцев А. В., Киселева А. П. Огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза полиэтилентерефталата моноэтаноламином // Пожаровзрывобезопасность. — 2011. — Т. 20, № 9. — С. 26-30.
4. Черкасов Р. А., Галкин В. И. Реакция Кабачника-Филдса: синтетический потенциал и проблема механизма // Успехи химии. — 1998. — Т. 67, № 10. — С. 940-968.
5. ГОСТ 12.1.044-89*. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — Введ. 01.01.91г. — М.: ИПКИзд-во стандартов, 2001.
6. НПБ 251-98. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний : приказ ГУГПС МВД России от 31.03.98 г. № 30; приказ МЧС России от 18.06.2003 г. №316; введ. 30.04.1998 г. —М.: ВНИИПО МВД России, 1998. — 10 с.
Материал поступил в редакцию 25 января 2013 г.
COMPARATIVE EVALUATION OF FIRE-PROTECTIVE PROPERTIES OF PHOSPHORUS-CONTAINING FIRE RETARDANTS BASED ON POLYETHYLENETEREPHTHALATE AMINOLYSIS PRODUCTS
BALAKIN V. M., Candidate of Chemistry Sciences, Professor of Department of Technology of Processing of Plastic, Ural State Forestry Engineering University (Sibirskiy Trakt, 37, Yekaterinburg, 620100, Russian Federation; e-mail address: balakin [email protected])
KRASILNIKOVA M. A., Postgraduate Student of Ural State Forestry Engineering University, Researcher of Research Office of the Educational and Scientific Complex of Ensuring Fire Safety of Objects of Protection, Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062, Russian Federation)
STARODUBTSEV A. V., Postgraduate Student of Ural State Forestry Engineering University (Sibirskiy Trakt, 37, Yekaterinburg, 620100, Russian Federation)
PAZNIKOVA S. N., Head of Chemistry and Combustion Process Department,
Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062,
Russian Federation; e-mail address: [email protected])
: English
AKHMETOV T. I., Cadet, Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062, Russian Federation)
TSELOUSOV D. V., Cadet, Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062, Russian Federation)
SMOLNIKOV M. I., Lecturer of Fire Safety in Construction Department, Ural State Fire Service Institute of Emercom of Russia (Mira St., 22, Yekaterinburg, 620062, Russian Federation)
ABSTRACT
The work purpose — receiving and studying of properties and fireproof efficiency fire retardants for wood on the basis of products aminolysis PETF. To compare received results on fireproof efficiency with let out now the industry Ammafon-1.
The fire-protective was received from products aminolysis by PETF aliphatic amines. As an aliphatic amines used monoethanolamine (FRC-1), diethanolamine (FRC-2), polyethylenepolyamine systems (FRC-3). In the article the physico-chemical properties of synthesized FRC are given.
The preliminary estimate of efficiency of fireproof structures on a method "a fire pipe" showed that application of developed by nitrogenphosphorus-containing fire retardant composition leads to decrease in loss of weight of wood samples when burning. For the purpose of confirmation of preliminary researches of fireproof efficiency of the new structures, carried out the express — the method, carried out fire retardant composition tests on a basis ethanolamines on OTM type installation.
The carried-out researches showed that received fireproof structures FRC-1 and FRC-2 at an expense more 100 g/m2 treat the first group of fireproof efficiency.
Keywords: flameretardant for wood; polyethyleneterephthalate; aminolysis.
REFERENCES
1. Aseeva R. M., Serkov B. B., Sivenkov A. B. Goreniye drevesiny i yeye pozharoopasnyye svoystva [Wood combustion and its fire-dangerous properties]. Moscow, State Fire Academy of Emercom of Russia Publ., 2010. — 262 p.
2. Balakin V. M., KrasilnikovaM. A., Starodubtsev A. V., GarifullinD. Sh., KiselevaA. P. Ognezashchit-nyye sostavy dlya drevesiny na osnove produktov aminoliza PETF diaminami i poliaminami [Retardants for wood-based products aminolysis of PET di- and polyamine]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2012, vol. 21, no. 2, pp. 27-30.
3. Balakin V. M., KrasilnikovaM. A., Starodubtsev A. V., KiselevaA. P. Ognezashchitnyye sostavy dlya drevesiny na osnove produktov aminoliza polietilentereftalata monoetanolaminom [Retardants for wood-based products aminolysis of PET by monoethanolamine]. Pozharovzryvobezopasnost — Fire and Explosion Safety, 2011, vol. 20, no. 9, pp. 26-30.
4. Cherkasov R. A., Galkin V. I. Reaktsiya Kabachnika-Fildsa: sinteticheskiy potentsial i problema me-khanizma [Reactions of Kabachnik-Filds: synthetic potential and problem of mechanism]. Uspekhi khimii — Success of Chemistry, 1998, vol. 67, no. 10, pp. 940-968.
5. State Standard 12.1.044-89*. Occupational safety standards system. Fire and explosion hazard ofsubstances and materials. Nomenclature of indices and methods of their determination. Moscow, IPK Iz-datelstvo standartov Publ., 2001 (in Russian).
6. Standards of Fire Safety 251-98. Fire retardant compositions and substances for wood. General requi-rementes. Test methods]. Moscow, All-Russian Research Institute for Fire Protection of Emercom of Russia Publ., 1998. 10 p. (in Russian).
32
ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2013 TOM 22 №4
