ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПОЛИСТИРОЛЬНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 678.746.33 : 699.812.2 DOI 10.25257/FE.2018.2.74-80

КОБЕЛЕВ Артём Александрович

Кандидат технических наук

Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия

E-mail: artemkobelev@gmail.com

КРУГЛОВ Евгений Юрьевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: 89268196698@mail.ru

СЕРКОВ Борис Борисович

Доктор технических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: serkov@antip.ru

АСЕЕВА Роза Михайловна

Доктор химических наук, профессор Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: rm-aseeva@yandex.ru

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПОЛИСТИРОЛЬНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТИ

По результатам термического анализа теплоизоляции на основе самозатухающего пенополистирола от разных производителей определён её механизм и макрокинетические параметры деструкции. Показано, что с увеличением скорости нагрева в среде воздуха от 5 до 150 град/мин вклад эндотермических реакций пиролиза в процесс термоокислительной деструкции пенополистирола возрастает.

Ключевые слова: полистирол, термоокислительная деструкция (ТОД), макрокинетические параметры, энергия активации.

Термоизоляционные материалы (ТИМ) пониженной горючести на основе самозатухающего пенополистирола (ППС) находят широкое применение в строительной индустрии. В структуре объёма производства и потребления ТИМ в РФ самозатухающий ППС достигает почти 20 %. Он зарекомендовал себя как долговечный, эффективный материал для комплексного утепления зданий и сооружений разного назначения: утепления фасадов зданий, стен, кровли и межэтажных перекрытий, магистральных трубопроводов и пр. В последнее время нашёл применение в производстве сэндвич-панелей (SIP-панели - Structural Insulated Panel) с несущими и ограждающими функциями, особенно перспективных для строительства быстровозводимых зданий [1].

Требования к обеспечению пожарной безопасности и эффективности огне- и теплозащиты строительных объектов возрастают. Знание свойств и понимание поведения ТИМ в широком диапазоне теплового и огневого воздействия важны для реализации этих требований. Реальные процессы деструкции любого материального объекта зависят от условий его существования и интенсивности внешних воздействий. Увеличение интенсивности энергетического воздействия приводит к изменению скорости нагрева вещества или материала, что влияет на закономерности его деструкции.

Известно, что пламенное горение конденсированных систем контролируется скоростью поступления в зону реакции горения газообразных продуктов, образующихся в результате газификации субстрата за счёт испарения или разложения. Газификация полимерных материалов при тепловом воздействии происходит только в результате их деструкции и за-

висит от источника нагрева, интенсивности подвода тепла. Нагрев материала может осуществляться различными способами: посредством естественной или принудительной конвекции окружающей газовой среды, кондуктивного контакта образцов с нагревательным элементом, радиационного, инфракрасного или лазерного излучения, ВЧ-воздействия, абляции и др. Режим подведения энергии (режим теплового удара) позволяет варьировать скорость нагрева образцов в очень широких пределах (от нескольких единиц до 103 град/с) [2]. Показано, например, что при распространении пламени по поверхности ППУ теплоизоляции темп нагрева поверхности под фронтом пламени в установившемся режиме горения в среде воздуха достигает 19 500 К/мин, а в приповерхностном слое на глубине материала 2 мм -3 000 К/мин [3].

Правомерность применения для анализа и моделирования горения полимерных материалов макро-кинетических параметров их термического разложения, полученных при низких скоростях нагрева и умеренных температурах, до сих пор подвергается сомнению [4]. Предполагается, что с увеличением скорости нагрева меняется механизм и макрокинетика разложения материалов. Особый интерес представляют вопросы о влиянии атмосферного кислорода на газификацию полимерных материалов в условиях горения, конкуренцию реакций окислительного и термического разложения при увеличении скорости нагрева [5, 6].

Изучению закономерностей термического разложения исходного полистирола было уделено большое внимание. В монографии [7] представлен анализ результатов ранних тщательных исследований

74

© Кобелев А. А., Круглов Е. Ю., Серков Б. Б., Асеева Р. М., 2018

кинетики и механизма деструкции полистирола. Однозначно доказано, что процесс деструкции полимера осуществляется по цепному радикальному механизму. Энергия активации процесса является сложной величиной, в которую входят энергии активации инициирования, роста и обрыва кинетической цепи. Образование и выход летучих продуктов деструкции зависит от конкуренции реакции деполимеризации и реакций внутри- и межмолекулярной передачи цепи.

Механизм и кинетика деструктивных процессов ППС в присутствии добавок замедлителей горения практически не изучены. Относительно недавно методами термического анализа с привлечением масс-спектрометрии были определены продукты пиролиза и окислительного разложения большого числа промышленных образцов самозатухающего ППС с разными добавками неизвестных авторам хлор- и бромсодержащих антипиренов [8, 9]. Обнаружены высокотоксичные вещества, в том числе фосген. Исследование проводили при скорости нагрева 10 град/мин. В этих условиях на всём протяжении испытания в среде воздуха все значимые этапы разложения ППС были экзотермическими.

Многочисленные наблюдения реальных пожаров и стандартных огневых испытаний строительных конструкций с утеплителем из самозатухащего ППС показали возможность скрытого распространения пламени по утеплителю внутри конструкций. При этом отмечалось, что горение ППС сопровождается образованием расплава и значительным выделением дыма.

Цель настоящей работы состояла в определении закономерностей деструкции самозатухающего ППС, а также механизма и макрокинетических параметров этого процесса при протекании в атмосфере воздуха и скорости нагрева в достаточно широких пределах.

В результате исследования авторами проводился термический анализ трёх образцов беспрессового самозатухающего ППС в атмосфере воздуха при постоянной скорости нагрева 5, 10, 20, 30 и 150 град/мин с применением прибора Mettler Toledo TGA/DSC 1. Вес образцов составлял 1-1,5 мг, скорость потока воздуха - 50 мл/мин. Формоу-стойчивость и линейную усадку ППС оценивали при нагревании образцов на воздухе со скоростью 12 град/мин в муфельной печи.

Образец ПСБ-С25 с плотностью р = 15 кг/м3 (ГОСТ 15588-86 «Плиты пенополистирольные. Технические условия») в качестве замедлителя горения включал тетрабромпараксилол (самая популярная марка пенопласта) - применяется для утепления фасадов зданий, крыш, стен, полов, лоджий и других конструктивных элементов строительных объектов. Другие образцы: ППС-10 Хабаровского завода стройматериалов и ППС-16Ф (для утепления фасадов) марки Knauf Therm были с антипиренами неизвестной природы. Все образцы сертифицированы по стандар-

там пожарно-технических показателей как принадлежащие к группам Г3, В2, Т3, Д3.

ППС сохраняет форму до начала плавления, усадка исследуемых образцов ППС в результате плавления активно протекает выше 80-100 °С, сопровождается небольшой (1-5 %) потерей массы на этом этапе (рис. 1).

При скорости нагрева 5-30 град/мин процесс терморазложения пенополистирола идёт с поглощением тепла, при этом по характеру кривых ДСК легко заметить уменьшение теплового эффекта с ростом скорости нагрева до 20-30 град/мин. При скорости 150 град/мин наблюдается инверсия теплового эффекта - процесс становится экзотермическим. Увеличение скорости нагрева приводит к закономерному сдвигу всех характерных показателей на кривых: термогравиметрических (ТГ), дифференциальных термогравиметрических (ДТГ), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) -в сторону высоких температур, что в большой степени связано с релаксационными свойствами полимерной матрицы. Подобная тенденция наблюдается для всех исследуемых образцов.

Разница в поведении образцов при плавлении ППС заметна уже на начальной стадии. По своей формоустойчивости ППС-16Ф является наиболее стабильным (см. рис. 1). Несмотря на очень небольшие сравнимые потери массы, темп изменения тепловых эффектов различен. По-видимому, это обусловлено различием химической природы и содержания антипиренов, их разным влиянием на термическое поведение полимера. Например, в случае ПСБ-С25 при изменении скорости нагрева от 10 до 20 град/мин эндотермичность процесса на данном этапе снижается в 3,7 раз (с 107,56 до 29,16 Дж/г). При нагревании в таких же условиях ППС-10 -в 1,6 раз (с 112,35 до 69,53 Дж/г), а образца ППС-16Ф - в 1,3 раза (с 200,18 до 154,05 Дж/г).

Активная деструкция образцов ППС наблюдается при более высокой температуре (выше 215-250 °С) только после их перехода в вязко-текучее, расплавленное состояние. Она приводит

100 -

80 -

го"

I 60 -

о о;

>i 40 -ш

X

<

20 -

0 -I-1-1-1-1-1

0 50 100 150 200 250

Температура, °C

Рисунок 1. Влияние температуры на линейную усадку ТИМ: — ППС-10 (р = 26 кг/м3); — ППС-16Ф Knauf Therm (р = 16 кг/м3)

Температура, °C

Рисунок 2. Кривые ДТГ термоокислительной деструкции самозатухающего пенополистирола ППС-16Ф марки Knauf Therm

(скорость нагрева 5, 10, 20, 30, 150 град/мин)

Температура, °C а

W-,

т 10 -

ГГ1

м

V 0 -

I >

<1

< а X 10 -1

и

"'V 20 -

30 J

Integral normalized

83,72 mJ 51,36 Jg~

Integral normaliz

-^Jrffiriillfl

151 927

t^-^Tmilflt^nT^,,

50 mJ 30Jg«-1

Integral normalized

15,25 mJ 16,10 Jg~-1

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650

Температура, °C

б

700 750 800

nW-100 50 0

-50 ■ -100 J

? I ntegr normali

57,16 mJ 39,97Jg~-1

ntegral

50 100 150 200 250 300

350 400 450 500 Температура, °C

550 600 650 700 750 800

Рисунок 3. Кривые термоокислительной деструкции самозатухающего пенополистирола ППС-16Ф марки Knauf Therm: а - скорость нагрева 20 град/мин; б - скорость нагрева 30 град/мин; в - скорость нагрева 150 град/мин

2 mJ

в

к образованию коксового остатка с разным выходом в зависимости от условий нагрева и марки ППС. Выгорание кокса в результате окисления в воздушной среде наблюдается при температуре свыше 420450 °С. В качестве примера на рисунке 2 представлены кривые ДТГ термоокислительной деструкции (ТОД) пенопласта ППС-16Ф марки Knauf Therm, а на рисунке 3 - ДСК-кривые теплоизоляции при разной скорости нагрева.

Основная стадия ТОД при низкой скорости нагрева (для ППС-16Ф до 30 град/мин) типична для окислительных реакций полимеров, так как является экзотермической. Но при скорости 150 град/мин для всех марок ППС характерно разложение с поглощением тепла. Это указывает на то, что вклад чисто термических реакций в общий процесс

Для расчёта макрокинетических параметров деструкции ППС по ТГ и ДТГ кривым при динамическом нагреве с постоянной скоростью использовано уравнение

Са/СТ = А ехр (-Б/ЯГ) /(а)/р,

а после разделения переменных:

dа//(а) = (А/р) ехр (-Б/ЯТ) СТ, (1)

где а - степень конверсии; р - скорость нагрева, град/мин; Т - температура, К; А - предэкспонен-циальный множитель; Е - энергия активации; /(а) -функция, определяющая физический механизм разложения, индивидуальный закон скорости процесса деструкции от степени конверсии:

деструкции становится преобладающим. В случае ППС-10, например, при увеличении скорости нагрева образца от 20 до 150 град/мин, судя по изменению теплового эндоэффекта, вклад пиролитического направления возрастает в 1,8 раз. Можно отметить также, что при высокой скорости на низкотемпературной стадии плавления уже происходят какие-то реакции образования новых химических связей в субстрате с экзоэффектом. Он перекрывает теплоту плавления и испарения возможных низкомолекулярных продуктов, идущих с поглощением тепла (табл.). Проявление экзоэффекта связано, скорее всего, с реакциями трансформации антипиренов, влияющими в последующем на процесс разложения полимера, такой вывод согласуется с результатами работы [9].

а = (т( - шк) / (т0 - т) где т0, т тк - масса вещества в начальный, текущий и конечный момент времени разложения.

Интеграл левой части уравнения (1) обозначают символом д(а) и называют интегрированной функцией конверсии. В качестве приближённого решения интеграла правой части уравнения (1) была использована аппроксимация Горбачева [11]. В этом случае уравнение примет вид

д(а) = {АЯГ/р (Б + 2ЯТ)} ехр (-Б/ЯТ). (2)

Макрокинетические параметры оценены из графика в координатах уравнения (2): log[g(a)/72] - 1/Т. Для реалистичного описания кинетики разложения ППС необходимо определить механизм гетерогенной реакции разложения, т. е. функцию g(a). С этой

Влияние скорости нагрева на процесс ТОД ППС

Стадия плавления Основная стадия ТОД

Марка ТИМ реакции ß, °С/мин Максимальная температура пика плавления Т , °С тах.пл ' Тепловой эффект плавления, ЛЯл , Дж/г Температурный интервал ТОД, °С Максимальная температура скорости разложения, Т , °С г ' max' Тепловой эффект газификации, ^ Дж/г

ПСБ-С25 10 119 -107,56 240-410 334 + 872,08

20 122 -29,16 260-420 382 -45,46

ППС-10 5 109 - 215-400 343,7 + 536,9

10 115 -112,3 225-405 328 +870

20 117 -69,5 260-415 370 -512,3

150 138 +74,6 266-525 468 -921,7

ППС-16Ф 5 121,3 -791,8 236-411 302 + 1 380,3

10 122,4 -200,2 238-415 321 + 1 564,3

20 120,8 -154,1 242-428 352 +975,2

30 120,4 -51,4 258-440 368 +927,3

150 137,4 +39,97 297-540 431 -1 649,4

Примечание: знаком «-» отмечен эндоэффект; знаком «+» - экзоэффект

целью использован метод Criado, основанный на определении приведённой скорости разложения вещества, т. е. отнесённой к скорости полураспада при а = 0,5 [12]. Метод Criado показал, что приведённая скорость V = (T/T05)2 (da/dt)/da/dt)05 не зависит от кинетических параметров разложения вещества и скорости нагрева, а только от механизма процесса. Так как величина (r/T05)2 близка к 1, приведённую скорость можно определить по кривой ДТГ - по соотношению соответствующих расстояний от базовой линии. Для определения механизма основных стадий деструкции ППС использованы табулированные значения приведённых скоростей при а = 0,75, а также значения а , имеющих диагностический

max'

характер [11].

Ранее в статье [10] было установлено, что в инертной среде ПСБ-С25 деструктирует в одну стадию с поглощением тепла. Деструкция протекает без остатка при более высокой температуре, чем на воздухе, в интервале 360-510 °С. Процесс осуществляется по реакции первого порядка и механизму R (n = 1) - нуклеации, росту центров инициирования (ядер) деструкции по закону случая c макрокинети-ческими параметрами: Е = 241,7 кДж/моль и logA = = 17,76 мин-1. Это значение энергии активации пиролиза ПСБ-С25 в исследуемом интервале температур практически совпадает с энергией активации деполимеризации полистирола [7]. Кислород воздуха ускоряет разложение ПСБ-С25, снижая эффективную энергию активации до 198,9 кДж/моль и togA = 15,87 мин-1. Термоокислительная деструкция ПСБ-С25 также протекает по механизму нуклеации по закону случая R (n = 1). Высокое значение Еэфф указывает на большой вклад в этот процесс чисто термических реакций.

Наблюдаемое отличие поведения ППС-10 и ППС-16Ф марки Knauf Therm от закономерности деструкции ПСБ-С25 обусловлено, по-видимому, разным содержанием и, главным образом, - природы применяемых антипиренов (см. табл.). Общим для всех исследуемых образцов ППС является то, что основная стадия ТОД осуществляется по одному и тому же механизму нуклеации - по закону случая R (n) с функцией g(a) = [-ln (1 - a)]n. Эффективная энергия активации ТОД образца ППС-16Ф при ß = = 150 град/мин с учётом механизма и порядка реакции n = 1 равна Еэфф = 166,3 кДж/моль. Для подтверждения достоверности значения, найденного по кривым ТГ и ДТГ при одной скорости нагрева, рекомендуется сравнивать его с полученными при двух и более скоростях. Этот так называемый мульти-плетный метод определения макрокинетических параметров деструкции полимеров основан на использовании графической зависимости характерных температурных показателей деструкции веществ от скорости нагрева при а = const. По методу Киссинджера [13] применяют зависимость в коорди-

-9,5

-10

5 -10,5

-11,5

я \

\

\

■10 3, К

Температура максимальной скорости потери массы

Рисунок 4. Графическая зависимость между скоростью нагрева образца (ß) и температурой максимальной скоростью потери массы (Tmax) образца ППС-16Ф марки Knauf Therm

подобная зависимость для образца марки Knauf Therm (ППС-16Ф). Наклон прямой даёт значение Е^ф/R, а пересечение с осью ординат позволяет определить величину ln (AR/E ).

Анализ полученной зависимости приводит к значению Еэфф = 73,8 кДж/моль, почти вдвое меньшему, чем рассчитанное с учётом порядка реакции n = 1. Следуя данным, изложенным в статье [11], можно предположить, что процесс ТОД пенопласта ППС-16Ф марки Knauf Therm в принятых условиях осуществляется по механизму нуклеации -по закону случая с порядком реакции по полимеру n = 1/2. Интегрированная функция соответствует уравнению g(a) = [-ln (1 - а)]1/2.

Перерасчёт экспериментальных результатов термоокислительной деструкции образца ППС-16Ф марки Knauf Therm при нагреве со скоростью 150 град/мин с учётом порядка реакции n = 1/2 приводит к значению Еэфф = 74,3 кДж/моль и logA = = 5,8709 (рис. 5). Полученное значение энергии активации согласуется со значением, найденным

-5,1 -5,3 --5,5 -

is

и

ё -5,7 s

о; а.

to -5,9

О d

-6,1 -6,3 -6,5

N

-•10 , К

1,2 1,3 1,4 1,5

Температура разложения материала

1,6

натах

In[ß/rm2J-l/rmи. На рисунке 4

показана

Рисунок 5. Графическая зависимость между интегрированной функцией конверсии (g(a)) и температурой разложения материала (T) на основной стадии ТОД образца ППС-16Ф марки Knauf Therm (скорость нагрева 150 град./мин)

-11

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

по мультиплетному методу, и таким образом подтверждает корректность анализа.

Аналогичным образом проведён расчёт макро-кинетических параметров ТОД пенопласта марки ППС-10 при 150 град/мин в сочетании с мульти-плетным методом при скорости нагрева 5, 10, 20 и 150 град/мин. Подтверждено, что в исследуемом интервале скоростей нагрева процесс ТОД теплоизоляции ППС-10 осуществляется по механизму нуклеации - по закону случая R (n = 1/2) с энергией активации £^ф = 73,8 кДж/моль (как у образца ППС-16Ф марки Knauf Therm).

В заключение следует сказать, что действительно при увеличении скорости нагрева полисти-рольной теплоизоляции до значений, близких при горении, изменяется глобальный цепной механизм термоокислительной деструкции материала за счёт роста вклада чисто термических реакций. При этом общий физический механизм Я(п), который отражает трансляционную природу реагентов, сохраняется. Разница в характере процесса термоокислительной деструкции изученных образцов пенополистиро-ла обусловлена отличием в рецептуре и плотности материалов.

ЛИТЕРАТУРА

1. SIP технология: недостатки и плюсы, проектирование SIP дома [Электронный ресурс] // Дом из СИП-панелей [сайт]. Режим доступа: www.hotweII.ru (дата обращения 12.04.2018).

2. Шленский О. Ф., Шашков А. Г., Аксенов Л. Н. Теплофизика разлагающихся материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 143 с.

3. Шиляев А. В. Прогнозирование пожароопасности производства и эксплуатации пенополиуретанов по результатам исследования кинетики их термораспада: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.26.03 / Шиляев Андрей Васильевич. Казань: КГТУ, 2005. 129 с.

4. Решетников С. М., Решетников И. С. Анатомия горения. М.: НГСС, 2014. 247 с.

5. Колесников Б. Я., Мансуров З. А. Горение полимеров // Сборник материалов VIII международной конференции «Полимерные материалы пониженной горючести». Алматы, 2017. С. 30-40.

6. Kashiwagi T., Nambu H. Global Kinetic Constants for Thermal Oxidative Degradation of a CelIuIosic Paper. Combustion and Flame. 1992. Vol. 88. P. 345-368.

7. Грасси Н. Химия процессов деструкции полимеров / пер. с англ. А. Н. Праведникова; под ред. Ю. М. Малинского. М.: Иностранная литература, 1957. 251 с.

8. Жуков Д. Д., Красновских М. П. Термическое разложение пенополистирола самозатухающего // Современные наукоёмкие технологии. 2014. № 4. С. 101-107.

9. Федотов А. В., Красновских М. П., Мокрушин И. Г. Термическая деструкция изделий из пенополистирола // Вестник пермского университета. Серия «Химия». 2015. Вып. 2 (18). С. 102-109.

10. Кобелев А. А., Круглов Е. Ю., Асеева Р. М., Шутов Ф. А. Термическое поведение полимерной теплоизоляции пониженной горючести // VIII Международная конференция «Полимерные материалы пониженной горючести». Алматы, 2017. С. 79-85.

11. Rogers F. E., Ohlemiller T. J. Pyrolysis Kinetics of a Polyurethane Foams by Thermogravimetry. A General Kinetic Method. Journal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry. 1981. Vol. 15, is. 1. P. 169-185. DOI: 10.1080/00222338108066438

12. Criado J. M. Kinetic Analysis of DTG from Master Curves. Thermochimica Acta. 1978. Vol. 24, is. 1. P. 186-189. DOI: 10.1016/0040-6031(78)85151-X

13. Kissinger H. E. Reaction Kinetics in Differential Thermal Analysis. Analytical Chemistry. 1957. Vol. 29, no. 11. P. 1702-1706. DOI: 10.1021/ac60131a045

Материал поступил в редакцию 10 апреля 2018 года.

Artem KOBELEV

Doctor of Philosophy in Engineering Sciences

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia

E-mail: artemkobelev@gmail.com

Evgeni KRUGLOV

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: 89268196698@mail.ru

Boris SERKOV

Grand Doctor of Philosophy in Engineering Sciences, Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: serkov@antip.ru

Roza ASEEVA

Grand Doctor of Philosophy in Chemical Sciences, Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: rm-aseeva@yandex.ru

REGULARITIES OF THERMO-OXIDATIVE DEGRADATION OF LOW COMBUSTIBILITY POLYSTYRENE THERMOINSULATION

ABSTRACT

Purpose. Taking into account that the market of organic thermal insulating materials (TIM) not only retains its previous consumption level, but also shows stable growth in Russia as well as self-extinguishing (SE) foamed polystyrene (FPS) holds 20 % of thermal insulating materials consumption market, the authors of the article studied the regularities of thermo-oxidative degradation (TOD) of low combustibility.

Methods. Thermal analysis of three samples of a non-pressed self-extinguishing FPS in ambient air at constant heating rate of 5, 10, 20, 30 and 150 degrees per minute with the help of Mettler Toledo TGA / DSC 1 device was used in this work. Shape stability and linear shrinkage of FPS were evaluated when heating the samples at a rate of 12 degrees per minute in a muffle furnace.

Findings. According to the results of thermal analysis of thermonsulation based on self-extinguishing foamed polystyrene from different manufacturers its mechanism and macrokinetic parameters of destruction were determined. It is shown that with the rise of heat rate in the air from 5 to 150 degrees per minute the contribution of endothermic reactions of pyrolysis

to the process of thermooxidizing destruction of foamed polystyrene increases.

Research application field. The research results help understand the thermal behavior of FPS with the raise of heat rate in the air from 5 to 150 degrees per minute, and the mechanism of TOD and macrokinetic parameters are the main ones in predicting dangerous fire factors in case of fires in buildings of different functional purposes.

Conclusions. With an increase of heat rate of the polystyrene thermoinsulation to values close to the ones during combustion, the global chain mechanism of the material TOD changes due to the increase of purely thermal reactions contribution. Moreover, the general physical mechanism R(n), which reflects the translational reagents nature is preserved. The difference in the nature of the TOD process of the foamed polystyrene studied samples is due to the formulation and materials density difference.

Key words: polystyrene, thermo-oxidizing destruction, macrokinetic parameters, activation energy.

REFERENCES

1. SIP technology: shortcomings and pluses, design of SIP houses, house of SIP panels. Available at: www.hotwell.ru (accessed April 4, 2018). (in Russ.).

2. Shlensky O.F., Shashkov A.G., Aksenov L.N. Teplofizika razlagayushchikhsya materialov [Thermophysics of decomposing materials]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1985. 143 p.

3. Shilyaev A.V. Prognozirovanie pozharoopasnosti proizvodstva i ekspluatatsii penopoliuretanov po rezultatam issledovaniya kinetiki ikh termoraspada [Prediction of fire hazard of production and operation of polyurethane foams by the results of the study of the kinetics of their thermal decomposition. Synipsis of PhD in Engin. Sci. diss]. Kazan, Kazan National Research Technological University Publ., 2005. 129 p. (in Russ.).

4. Reshetnikov S.M., Reshetnikov I.S. Anatomiya goreniya [Anatomy of burning]. Moscow, Neftegazspetsstroy Publ., 2014. 247 p.

5. Kolesnikov B. Ya., Mansurov Z. A. Gorenie polimerov. Sbornik mat-lov VIII Mezhdunar. konf. "Polimernye materialy ponizhennoy goryuchesti" [Combustion of polymers. Proceedings of the 8th Inte. conf. "Polymeric Materials of Low Flammability"]. Almaty, 2017, pp. 30-40. (in Russ.).

6. Kashiwagi T., Nambu H. Global Kinetic Constants for Thermal Oxidative Degradation of a Cellulosic Paper. Combustion and Flame, 1992, vol. 88, pp. 345-368.

7. Grassie N. Chemistry of high polymer degradation processes. London, Butterworths scientific publ., 1956. 355 p. [in Russ.

ed.: Grassi N. Khimiya protsessov destruktsii polimerov. Trans. by A. N. Pravednikov; ed. by Yu.M. Malinskiy. Moscow: Inostrannaya literature Publ., 1957. 251 p.]

8. Zhukau D.D., Krasnovskih M.P. Thermal decomposition of the self-extinguishing polystyrene. Sovremennye naukoemkie tekhnologii, 2014, no. 4, pp. 101-107.

9. Fedotov A.V., Krasnovskikh M.P., Mokrushin I.G. Thermal destruction of expanded polystyrene articles. Vestnik Permskogo universiteta. Seriya "Khimiya", 2015, vol. 2 (18), pp. 102-109. (in Russ.).

10. Kobelev A.A., Kruglov E.Yu., Aseeva R.M., Shutov F.A. Termicheskoe povedenie polimernoy teploizolyatsii ponizhennoy goryuchesti. VIII mezhdunar. konf."Polimernye materialy ponizhennoy goryuchesti' [Thermal behavior of polymer thermal insulation of low combustibility. VIII inter. conf. "Polymeric materials of reduced flammability"]. Almaty, 2017. pp. 79-85. (in Russ.).

11. Rogers F.E., Ohlemiller T.J. Pyrolysis Kinetics of a Polyurethane Foams by Thermogravimetry. A General Kinetic Method. Journal of Macromolecular Science: Part A - Chemistry, 1981, vol. 15, is. 1, pp. 169-185. DOI: 10.1080/00222338108066438

12. Criado J.M. Kinetic Analysis of DTG from Master Curves. Thermochimica Acta, 1978, vol. 24, is. 1, pp. 186-189. DOI: 10.1016/0040-6031(78)85151-X

13. Kissinger H.E. Reaction Kinetics in Differential Thermal Analysis. Analytical Chemistry, 1957, vol. 29, no. 11, pp. 1702-1706. DOI: 10.1021/ac60131a045

80

© Kobelev A., Kruglov E., Serkov B., Aseeva R., 2018