Диссертация (1172934), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Вместе с тем, детально механизм и кинетика процесса в настоящеевремя остаются изученными не до конца [15].Горение древесины представляет собой сложный физико-химическийпроцесс, который в зависимости от условий может протекать по различныммеханизмам. В общем виде выделяется несколько стадий в процессе термическогоразложения древесины. Первая стадия характеризуется удалением свободной исвязанной влаги, с максимумом в районе 100 °С. При температурах в диапазоне225 – 325 °С происходит разложение гемицеллюлоз, а при 325 – 375 °Сразлагается целлюлоза.
Наиболее термостабильным компонентом являетсялигнин, его разложение происходит постепенно, вплоть до 500 °С [16].Окислительная деструкция древесины включает две последовательныестадии – термического разложения компонентов и окисления образующегосякокса. В обоих случаях процесс сопровождается выделением значительногоколичества тепла.При этом в зависимости от скорости протекания реакции окисления,соотношения скоростей тепловыделения и теплопотерь разложение древесиныможетпротекатьтермоокислительногобезвозникновенияпроцессагорения,определяетсятолькокогдаинтенсивностьвеличинойвнешнеготеплового потока.
При превышении скорости выделения тепла над скоростью23теплопотерь из зоны реакции процесс окисления переходит в режим тлеющегоили пламенного горения.На рисунке 1.2 представлена принципиальная схема физико-химическихпревращений при пламенном горении древесины [15, 17].Продукты сгорания (CO2, CO, H20 и др.)ТепловыделениеqfiСажа(дым))Реакции в пламениqe+O2Горючиегазыk1Потери теплаконвенцией иизлучением+O2Горючиегазыk4k2k5СмолистыевеществаДревесинаКоксПотери тепла излучениемk3Вторичный пиролиз (T>450-500 °C)Потери тепла наиспарение влагиКоксПотери тепла излучениемПервичный пиролизРисунок 1.2 – Схема химических и физических процессов при пламенном горениидревесины [15]Первоначально, при нагревании поверхности древесины источникомтеплового излучения до температуры начала разложения (Тнр), происходитобразование горючих газов и высококипящих смолистых продуктов деструкции, атакже кокса.
Смешиваясь с кислородом образующиеся газы, в случае превышениятепловым потоком критической плотности или в присутствии пилотногоисточника зажигания, воспламеняются.На интенсивность процесса горения значительное влияние оказываютсмоляные фракции, что обуславливает большую пожарную опасность хвойныхпород древесины, где содержание смолянистых веществ, как было показано вразделе 1.1, как правило, выше, чем в лиственных породах.В идеальном случае при термоокислительном разложении древесиныпроисходит образование продуктов полного сгорания – углекислого газа и паровводы.
Однако на практике, в условиях недостаточности кислорода, процесс24горения сопровождается выделением большого количества продуктов неполногосгорания, которые обуславливают интенсивное дымообразование и высокуютоксичность образующегося дыма. Кроме этого, данные вещества способствуютинтенсификации процесса распространения пожара, являясь одновременногорючим и эффективным переносчиком тепловой энергии.Таким образом, в теории и практике огнезащиты основная задача сводится крешениюпроблемысмещенияравновесияреакциигоренияпродуктовтермического разложения древесины в сторону образования продуктов полногосгорания, что от части достигается применением кислых катализаторов икислотообразующих антипиренов.
Однако, в полной мере данная задача, по всейвидимости, не может быть решена.В связи с этим, как показывают последние работы [18], важным вопросомявляется так же воздействие на процесс структурообразования угольного слоя,повышение его устойчивости к окислению, в т.ч. за счет образования сшитыхструктур [18].1.3 Виды и способы огнезащиты для снижения пожарной опасностидревесины, материалов и конструкций на ее основеОгнезащита деревянных строительных конструкций может осуществлятьсяс помощью конструктивных и неконструктивных методов, каждый из которыхимеет свои достоинства и недостатки. В зависимости от способа нанесения наповерхность защищаемогоматериала, принеконструктивнойразличают:– нанесение огнезащитных красок;– нанесение штукатурок и обмазок;– пропитка древесины огнезащитными составами.огнезащите,25Средиконструкцийназванныхспособовогнезащитнойобработкидеревянныхв настоящее время наибольшее распространение получилоприменение пропиточных составов, что объясняется высокой технологичностьюихиспользования,низкойстоимостью,минимальнымутяжелениемконструктивных элементов и, кроме того, возможностью обеспечить сохранениетекстуры древесины.Разработке и исследованию огнезащитных свойств различных составовпосвящено много исследований некоторые из которых были рассмотрены в [19,20, 21].
Несмотря на то, что фактически доказана высокая огнезащитнаяэффективность вспучивающихся огнезащитных составов и красок [22], внастоящее время среди средств пассивной огнезащиты большое распространениесохраняют также «классические» огнезащитные пропиточные составы на основеводных растворов различных низкомолекулярных соединений. Популярностьтаких составов, при их низкой огнезащитной способности, объясняетсяотносительной дешевизной и простотой изготовления.Внашейстранекподобнымсоставамотносится,например,запатентованный в 2012 году огнебиозащитный состав «Ксилостат +» [23].Данный состав представляет из себя водный раствор борной кислоты (5 – 25 %) идиэтаноламина (5 – 25 %) и обеспечивающий огнезащиту II группыэффективности при расходе не менее 150 г/м2 (заявленная потеря массы 19,9 %).В патенте [24] представлен огнезащитный состав, включающий сольбишофита, ацетат магния, щавелевую кислоту и гидроокись двухвалентногожелеза растворенные в воде.
Указанный состав при обработке древесины методомпогружения с расходом 0,1 – 0,2 л/м2 (при плотности раствора 1120 – 1140 кг/м3)способен обеспечить I группу огнезащитной эффективности с потерей массыменее 9 %.В 2013 году ОАО «Сенежская НПЛ защиты древесины» получила патент[25] на огнезащитный состав, включающий смесь диаммонийфосфата вколичестве 5 – 20 мас. % с борной кислотой, 50 – 85 % воды от общей массысухих компонентов, с добавлением аминоспирта в количестве 2 – 10 % от общей26массы раствора и функциональной добавки – полиглюкозидов жирных кислот вколичестве 0,1 – 1,0 мас.
%.В 2015 году опубликован патент [26] на огнебиозащитную пропиткудревесины, представляющую многокомпонентный водный раствор, включающийнеорганические азот, фосфор- ифторсодержащие соединения, а такжеповерхностно-активные вещества и красители. В качестве основного компонентав предлагаемом составе используется кальцийцинк-фосфатнитратное связующее,содержащее 25 – 31 % фосфора и 10,5 – 12,5 % нитратов.Необходимо отметить, что подобные составы разрабатываются сегодня нетолько в нашей стране, но и других зарубежных странах.
Так, например, в США в2008 году был опубликован патент [27] на огнезащитный состав, включающийрастворенные в воде хлорид аммония и камфорное масло. В Китае в мае – июне2015 г. опубликован ряд патентов [28 – 32] на огнезащитные составы длядревесины на основе водных растворов органических и не органическихсоединений.Более совершенными и эффективными с точки зрения обеспеченияогнезащиты, как было указано выше, являются вспучивающиеся огнезащитныесоставы и краски комбинированного действия. Механизм действия большинстваподобных покрытий включает несколько происходящих одновременно процессов:механическую защиту поверхности за счет образования теплоизоляционноговспененного коксового слоя, изменения механизма обугливания древесины иобразованиянегорючихилифлегматизирующихгазов.Помимоэтого,встречаются также составы, обеспечивающие только создание вспученного слоя.С химической точки зрения можно выделить четыре основных направленияполучения огнезащитных составов и красок для древесины.Первым и наиболее простым, с точки зрения технологии, являетсямодификация пленкообразующих систем на основе водо- или органорастворимыхолигомерных и полимерных продуктов (карбамидоформальдегидных, алкидныхсмол и др.) путем введения антипирирующих компонентов и агентовгазообразования.
Получаемые в результате лакокрасочные покрытия в основном27оказывают огнезащитное действие за счет образования угольного вспученногослоя на поверхности защищаемого материала. Помимо относительной простотытакихпокрытийихпреимуществомявляетсявысокаяогнезащитнаяэффективность.
Субъективным же недостатком ряда лакокрасочных покрытийможно назвать сокрытие структуры древесины, что в отдельных случаях можетограничивать применение покрытий по эстетическим соображениям.Одной из наиболее востребованных сегодня пленкообразующих системявляется жидкое стекло, на его основе разработаны следующие огнезащитныесоставы:– огнезащитный лак [33] получаемый на основе водного раствора силикатовщелочныхметалловилиаммония,содержащегометилилидиметилалкокси(фенокси)силаны, алкилсиликонат, а также полиспирты, ихоксиэтил производные, бораты и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
