CC BY
54
УДК 614.849 РС! 10.21661/Г-465392
Л.В. Илларионова, Е.Б. Аносова
Токсическая и пожарная опасность напольных покрытий
Аннотация
Полимерные материалы получили широкое распространение в современной строительной отрасли благодаря своей дешевизне и разнообразию. В связи с их популярностью в настоящее время актуальность приобрели вопросы их токсической и пожарной опасности. В работе были исследованы образцы двух напольных синтетических строительных материалов. Результаты определения показателей пожарной опасности материалов (горючесть, воспламеняемость, коэффициент дымообразования) показали их соответствие действующим сертификатам. Исследованы свойства газообразных продуктов горения образцов методом термического анализа и ИК-Фурье анализа. Результаты анализа хлорид-ионов по методу Мора в продуктах термолиза свидетельствуют о токсичности исследованных материалов.
| Ключевые слова: продукты термолиза, горючесть, пожарная безопасность, термический анализ, токсичность.
L.V. Illarionova, E.B. Anosova
Toxic and fire hazard of flooring
Abstract
Polymer materials have become widespread in the modern construction industry due to their cheapness and variety. With regard to their popularity at the present time there can appear the issues of their toxic and fire danger. The work has studied the samples of two floor synthetic building materials. The results of the determination of the fire hazard indicators of materials (combustibility, flammability smoke ratio) showed their compliance with the current certificates. The authors have studied the properties of gaseous combustion products of samples by the method of thermal analysis and FTIR analysis. The results of chloride ions analysis according the formula of Maxwell-Mohr in thermolysis products indicate the toxicity of the materials studied.
Keywords: thermolysis products, flammability, fire safety, thermal analysis, toxicity.
Введение
Токсическую и пожарную опасность современных синтетических материалов важно учитывать при обеспечении пожарной безопасности, особенно в жилых помещениях.
Согласно статистическим данным МЧС России по Москве, основным местом возникновения пожаров в многоквартирных зданиях являются жилые комнаты. За 2016 год в квартирах жилых домов зарегистрировано 1258 пожаров (2015 г. - 1 197, т.е. наблюдался рост на 5% или на 61 случай) [1].
Пожары представляют значительную угрозу для жизни и здоровья людей, а также наносят материальный ущерб.
Источниками токсичных веществ, являются покрытия стен и потолков, а также напольных покрытий.
Напольные покрытия находятся на последнем месте среди очагов возникновения пожара в помещениях, и к горючести напольных покрытий предъявляются менее жесткие требования, чем к отделочным и облицовочным материалам, так как при пожаре пол находится в зоне воздействия более низкой температуры, по сравнению со стенами и потолком [2]. Тем не менее, изучение пожароопасных и токсических свойств этих материалов имеет важное значение с точки зрения определения их безопасности и влияния на здоровье людей.
Целью настоящей работы являлось уточнение данных, описанных в сертификатах пожарной опасности
Химия
Рис. 1. ИК-спектр образца линолеума
наших образцов напольных покрытий, а также исследование этих материалов и газообразных продуктов их разложения другими физико-химическими методами с целью выявления их токсичности.
Экспериментальная часть В качестве объектов исследования были взяты образцы линолеума ПВХ фирмы «Новобалт-Евролин»
на теплозвукоизолирующей основе, покрытие ковровое тафтинговое «НЕВА ТАФТ». Согласно сертификатам, предоставленным на эти материалы, они могут применяться в жилых помещениях.
Были проведены испытания на горючесть в соответствии с ГОСТ 30244-94 «Материалы строительные. Методы испытаний на го-
рючесть» [3], воспламеняемость ГОСТ 30244-96 «Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость» [4], определен коэффициент дымообразования по ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзры-вобезопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» [5], проведено титрование по Мору [6], исследования с применением ИК-спектроскопии и дифференциальной калориметрии ТГ-ДСК.
Результаты и их обсуждение
Испытания на определение группы горючести и группы воспламеняемости образца наших образцов проводились согласно с ГОСТ 30244-94 и ГОСТ 30244-96 соответственно.
На основании этих данных можно сделать вывод, что образец линолеума ПВХ имеет группу горючести Г3 (нормальногорючие), а ковролин соответствует группе горючести Г4 (сильногорючие).
Образцы линолеума ПВХ и ковролина соответствуют группе воспламеняемости В3 (легковос-пламеняемые), что подтвердило написанное в сертификатах.
По результатам каждого испытания на определение коэффициента дымообразования, можно сделать вывод о том, что оба образца в режиме горения соответствуют группы по дымообразующей способности Д2(материал с умеренной дымообразующей способностью), в режиме тления группе Д3(мате-риал с высокой дымообразующей способность).
Таблица 1
Расшифровка ИК-спектра линолеума [7; 8]
-1 Частота, см Функциональная группа, вещества
1713 Ароматические альдегиды; алифатические кетоны; предельные алифатические кар-боновые кислоты
1408 Алкены HRC=CR'H (цис); R-O-H
1339 Азиды N ; первичные спирты, вторичные спирты, третичные спирты, фенолы, аро- 3 магические амины
1241 Ароматические и винильные простые эфиры, сложные эфиры
1094 Вторичные спирты, алифатические простые эфиры, пиридины и хинолины, СЮ 4
1017 Первичные спирты, пиридины и хинолины
871 Альдегиды, фураны
722 Алкены HRC=CR'H (цис); первичные амины, тиофены, С-С1 полизамещенные
Таблица 2
Расшифровка ИК-спектра образца ковролина [7; 8]
-1 Частота, см Функциональная группа
2917 Соли аминов, карбоновые кислоты
2365 Хлористый водород, СО
1817 + Алкены, алифатические перекиси, R С=МН 2
976 Альдегиды, окиси аминов, СЮ
758 Нитроамины, ароматические соединения
712 С-С1, спирты, ароматические соединения
698 Первичные амины, нитраты
668 С-С1, R(OH)
623 Нитриты
Полученные нами результаты исследований по определению показателей пожарной опасности соответствуют данным в сертификатах пожарной безопасности.
Для более полного изучения характера термического воздействия был проведен ряд физико-химических анализов образцов с использованием современных методов исследования.
Были получены ИК-спектры поглощения образца линолеума на основе ПВХ и образца тафтин-гового ковролина при различных температурах, соответствующих различным стадиям термического воздействия на Фурье-ИК спектрометре фирмы Bruker Optics Tensor 27. ИК-спектры образцов приведены на рис. 1 и 2.
По оси ординат отложена интенсивность пропускания, а по оси абсцисс- частота, см-1. По диапазонам частот, на которых можем увидеть пики, определяют функциональные группы, входящие в состав газообразных продуктов сгорания.
Результаты расшифровки ИК-спектра газообразных продуктов термолиза образцов представлены в таблицах 1 и 2. При расшифровке ИК-спектра газообразных продуктов термолиза, полученных при нагревании образца линолеума, были выявлены следующие вещества: полизамещенные соединения с функциональными группами С-С1, фенолы, первичные и вторичные спирты, ароматические соединения.
Рис 3. Совмещенные кривые ТГ и ДСК для образца линолеума на основе ПВХ массой т = 0,0081мг при нагреве до 700°С со скоростью 20 К/мин
При нагревании образца линолеума до температуры 144° выделялись следующие вещества: хлористый водород, соединения, содержащие связь С-С1, соли аминов.
При нагреве до температуры 259° были обнаружены фенолы, сложные эфиры, СО2.
При нагреве до температуры 377° были выявлены: фенолы, многоатомные спирты, простые и сложные эфиры.
При нагревании образца ковро-лина тафтингового типа были выявлены соли аминов, карбоновые кислоты, хлористый водород, CO2, альдегиды, оксиды аминов, соединения с группой C-Cl, спирты, аро-магические соединения.
При нагревании образца ковро-лина при температуре 184° выделялись следующие вещества: соединения с группами R(OH), хлористый водород, CO2, дикетоны.
Далее при нагревании вплоть до 390° выделялись те же вещества, что и при температуре 184°.
Таким образом, одним из источников токсичности продуктов термолиза рассмотренных образцов могут быть соединения хлора.
Испытания методом синхронного термического анализа TG-DSC на приборе фирмы NETZSCH для синхронного анализа ТГ/ДСК NETZSCH STA 449 F3 Jupiter при нагревании с постоянной скоростью 20 К/мин в атмосфере воздуха (в качестве держателей использовались керамические тигли с крышкой, вещество сравнения -оксид алюминия) [9].
Химия
тг«ь HCKifuSUlurJ
[ ЭКЭС1 г 25
100
90 20
во 15
70 srseo-c Ю
liJJft'C \ '
so \
SMilwr \ LTJ S
sc гмздя)' •— , Ц 0
im гао зоо им Температ>ра /*С SOG ПО
Рис 4. Совмещенные кривые ТГ и ДСК для образца коврового покрытия тафтингового типа массой т = 2,7 мг при нагреве до 700°С со скоростью 20 К/мин
По полученным кривым ТГ-ДСК можно сделать вывод о том, что у образца линолеума ПВХ интенсивная убыль массы начинается при 134,70°С и сопровождается эндотермическим эффектом величиной -236,3 кДж/кг, связанным, предполо-
жительно, с отщеплением хлористого водорода. Экзотермический эффект, начинающийся при 380° связан, вероятно, с самовоспламенением образца.
У образца ковролина, интенсивная убыль массы начинается при температуре 278,40°С, экзо-
термический эффект начинается при температуре 184,80°С величиной в 234,3 кДж/кг, кроме того, при температуре 375,60°С начинается сильный экзотермический эффект величиной в 3843 кДж/кг.
Определение хлорид-ионов по методу Мора в водном растворе паров, выделившихся при термолизе образцов при температуре начала термического разложения, у линолеума ПВХ и ковролина показал превышение их предельно допустимой концентрации практически в 9 раз. Такая концентрация хлоридов в условиях пожара смертельна для человека. Опасная концентрация хлора в воздухе составляет 1-1,6 г/м3 [10].
Заключение
Использование линолеума ПВХ и коврового покрытия тафтингово-го типа повышает вероятность токсического отравления на начальной стадии пожара, связанную с воздействием соединений хлора, что не отражено в предоставленных на данные образцы сертификатах пожарной и токсической опасности.
Литература
1. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://moscow.mchs.ru/document/920349 (дата обращения: 22.09.17).
2. Чешко И.Д. Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования). Под науч. ред. канд. юр. наук Н.А. Андреева. - 2-е изд., стереотип. - СПб.: СПбИПБ МВД России, 1997.
3. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть. Введ. 1996. 01.01. - М.: Изд-во стандартов, 1994.
4. ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость. Введ. 1996. 07.01. - М.: Изд-во стандартов, 1996.
5. ГОСТ 12.1.044-89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. Введ. 1991.01.01. - М.: Изд-во стандартов, 1989.
6. Калюкова Е.Н. Осадительные комплексообразующее титрование: Методические указания к лабораторной работе по аналитической химии. - Ульяновск: Ул-ГТУ, 2003.
7. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Пер. с англ. / Под ред. Ю.А. Пентина. - М.: Изд-во Иностранной литературы, 1963.
8. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений / Перевод с английского под ред. А.А. Мальцева. - М.: Мир, 1965.
9. Удивительные возможности термического анализа [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.netzsch-thermal-analysis.com/ru/produkty-reshenija/sinkhronnyi-termicheskii-analiz/sta-449-f3-jupiter-sovmeshchennyi-tg-dsk (дата обращения: 22.09.17).
10. Щеглов П.П. Токсичные продукты термического разложения и горения полимерных материалов при пожаре / П.П. Щеглов, А.Ф. Шароварник. - М.: Высшая инженерная пожарно-техническая школа МВД России, 1992.
References
1. Retrieved from http://moscow.mchs.ru/document/920349
2. Cheshko, I. D. (1997). Ekspertiza pozharov (obekty, metody, metodiki issledovaniia). Pod nauch. red. kand. iur. nauk N.A. Andreeva. SPb.: SPbIPB MVD Rossii
3. (1994). GOST 30244-94 Materialy stroitel'nye. Metody ispytanii na goriuchest'. Vved. 1996. 01.01. M.: Izd-vo standartov
4. (1996). GOST 30402-96 Materialy stroitel'nye. Metod ispytaniia na vosplameniaemost'. Vved. 1996. 07.01. M.: Izd-vo standartov
5. (1989). GOST 12.1.044-89. Sistema standartov bezopasnosti truda. Pozharovzryvoopasnost' veshchestv i materialov. Nomenklatura pokazatelei i metody ikh opredeleniia. Vved. 1991.01.01. M.: Izd-vo standartov
6. Kaliukova, E. N. (2003). Osaditel'nye kompleksoobrazuiushchee titrovanie: Metodicheskie ukazaniia k laboratornoi rabote po analiticheskoi khimii. Ul'ianovsk: Ul-GTU
7. Bellami, L. (1963). Infrakrasnye spektry slozhnykh molekul. Per. s angl. M.: Izd-vo Inostrannoi literatury
8. Nakanisi, K. (1965). Infrakrasnye spektry i stroenie organicheskikh soedinenii. M.: Mir
9. Udivitel'nye vozmozhnosti termicheskogo analiza. Retrieved from https://www.netzsch-thermal-analysis.com/ru/ produkt^-reshenija/sinkhronnyi-termicheskii-analiz/sta-449-f3-jupiter-sovmeshchennyi-tg-dsk
10. Shcheglov, P. P., & Sharovarnik, A. F. (1992). Toksichnye produkty termicheskogo razlozheniia i goreniia polimernykh materialov pri pozhare. M.: Vysshaia inzhenernaia pozharno-tekhnicheskaia shkola MVD Rossii.
