Диссертация (1172934), страница 6
Текст из файла (страница 6)
вспомогательные вещества. Указанноепокрытие обеспечивает I группу огнезащитной эффективности при расходе до 500г/м2;– огнезащитная композиция для покрытия древесины [34], которая помиможидкого стекла содержит асбест, пиритные огарки, дунит, известь и доменныйгранулированный шлак. Эффективность состава в патенте не указана;– огнезащитное покрытие [35] для древесины и металлов включает жидкоестекло, модифицированное гидроксидом магния и мочевины. В результатеобработки поверхности данными составами обеспечивается первая группаогнезащитной эффективности.В отличии от органических связующих силикатные соединения не горят,однако они имеют и недостатки, к которым можно отнести низкую склонность квспучиванию. По этой причине такие составы, как правило, требуется наноситьтолстым слоем на защищаемую поверхность.
Кроме этого, применение жидкогостеклапрактическиполностьюисключаетиспользованиекислотныхкомпонентов, повышенная щелочность среды может в ряде случаев оказыватьнегативное действие, выраженное в повышенной склонности древесины к тлению[36].28Использование в качестве связующего органических полимерных системпозволяетпреодолетьуказанныенедостатки.Втожевремягорючестьорганической основы не оказывает отрицательного влияния на огнезащитныесвойства, а действуетв единой системе с агентамикарбонизацииигазообразования [37]. В качестве карбонизаторов обычно выступают соединения,разлагающиеся с образованием неорганических кислот, а газообразователемможетявлятьсялюбоенизкокипящеесоединениеилижевещество,разлагающееся с образованием низкомолекулярных газообразных продуктов(СО2, NH3 и др.). Так, например, известно покрытие [38] на основеполивиниловогоспирта,обеспечивающееобразованиевспученногослоятолщиной кратной 30 – 50 исходной толщины.
На основании проведенногоисследования [39] заявлено, что в результате термолиза ПВС происходитобразование графитоподобных структур, обеспечивающих высокую степеньтеплоизоляционной защиты обработанного материала.Кподобномудвухкомпонентныеклассусистемы,покрытийкможнокоторым,отнестинапример,иотверждаемыеотноситсясостав,представленный в патенте [40] и включающий два компонента. Первый –изоционат. Второй – смесь, содержащая от 30 до 60 % четырехфункциональногоаминоспирта, 1 – 10 % пигмента, от 5 до 20 % эфира, содержащего 2гидроксильные группы, 20 – 50 % вспучивающегося графита, от 8 до 30 %антипирирующей добавки, 2 – 5 % загустителя.
Указанное покрытие предлагаетсяиспользовать для защиты древесины от воздействия пожара.В работе [41] приводится исследование огнезащитного вспучивающегосяпокрытия на основе эпоксидной смолы, содержащего также полифосфат аммония,вспучивающийся графит, меламин, борат цинка, бисфенол А и тетра этилен тетраамин в качестве отвердителя.Необходимо отметить, что вспучивающиеся огнезащитные краски на основеорганических связующих, в-первую очередь разрабатываются для защитыметаллов, древесина же в этом случае оказывается «побочным» продуктом.Подобный подход представляет значительную опасность, поскольку стандартные29сертификационные методы испытания не позволяют в полной мере оценитькачество адгезии вспученного слоя к деревянной подложке и спрогнозироватьповедение такого вспученного слоя в условиях реального пожара.Следующие три направления в создании огнезащитных составов являютсяболее технологичными, и в большинстве случаев позволяют получить составы,которые не только образуют физический барьер над поверхностью субстрата, но ивступают в реакции с органическими компонентами древесины, обеспечиваяопределенный огнезащитный эффект независимо от условий развития пожара.Наиболееизученнымспособомполучениявысокоэффективныхогнезащитных составов для древесины комбинированного действия являетсяцеленаправленныйсоединенийизсинтезолигомерныхнизкомолекулярныхводо-илисоединений,органорастворимыхвосновномазот-фосфорсодержащих.
Данной проблематике посвящено множество работ, которыеболее подробно рассмотрены в научных статьях [19, 20].Следующие два способа получения огнезащитных составов можно назвать«экологическидружественными»,т.е.направленныминаприменениевозобновляемого сырья или утилизацию отходов существующих производств.Так относительно новыми и перспективными способами полученияогнезащитных составов для древесины являются химическая утилизация(деструкция) полимерных отходов с получением растворов олигомерныхсоединений, а также модификация природных полимерных и олигомерныхсоединений.В качестве примера использования полимерных отходов для производстваогнезащитных составов можно привести работы научного коллектива Уральскогогосударственного лесотехнического университета [42 – 46] по химическойутилизациикарбоцепныхполимеров,содержащихсложныеэфирныегруппировки, таких как поликарбонат, полиэтилентерефталат и полиуретаны.Иных зарубежных и отечественных источников, содержащих исследованиеогнезащитной эффективности продуктов химической деструкции полимерныхматериалов в ходе проведения литературного анализа, обнаружено не было, в то30же время встречаются работы, направленные на использование продуктоваминолиза полиэфиров в качестве ингибиторов солеотложений [48].Примером использования в качестве пленкообразующей основы природныхполимеров и олигомеров является применение полисахаридов для полученияогнезащитных составов для древесины [49 – 51].
Институтом биохимическойфизики им. Н.М. Эмануэля был получен антипирен для «огнезащитной обработкиматериалов»итушенияпожаровнаосновепродуктовокислениялигносодержащих отходов деревообработки [52], и, совместно с АкадемиейГосударственной противопожарной службы МЧС России, огнезащитный составдля древесины на основе крахмала «Frackfire» [22]. Примеры использованиярастительного сырья для получения огнезащитных составов встречаются и взарубежных источниках.
Так, в работе [53] в качестве сырья для синтезаполимерной основы огнезащитных покрытий предлагается использовать сахара,глицерин или молочную кислоту, а в работе [54] в роли основы вспучивающегосяпокрытия предлагается использовать полимолочную кислоту и полифосфатаммония смешанные с лигнином или крахмалом.Таким образом, огнезащитная эффективность применяемых средствогнезащиты для древесины, материалов и конструкций на ее основе во многомсвязана с механизмом их огнезащитного действия. В то же время в большинстверабот эффективность огнезащиты связывается только с компонентным составомсредств огнезащиты и практически не проводится оценка влияния способаобработки.
Между тем, как представляется, данный вопрос так же заслуживаетдетального изучения. В большинстве работ обработка проводится методомповерхностного нанесения, вместе с тем более эффективным способом введениязащитных средств в объем древесины является применение методов глубокойпропитки. Описание и характеристика данного способа более подробнопредставлены в разделе 1.4 диссертации.311.4 Особенности технологии и способы глубокой пропитки деревянныхконструкцийПропитка – процесс, основанный на введении в объем древесины растворовразличныхвеществврезультатедействиякапиллярных,диффузных,центробежных [48, 49] и гидравлических [50, 51] сил или вследствие действияизбыточного внешнего давления [55 – 66].
Пропитка считается физическимпроцессом, так как компоненты раствора, обычно, не взаимодействуют скомпонентами древесины, однако, введение веществ в структуру древесины [65]позволяет производить модификацию ее свойств, основанную на изменениимеханизма отклика к действию внешнего источника тепла в присутствииантипиренов [63, 64]. Пропитка древесины может осуществляться различнымиметодами и способами, включающими насыщение материала защитнымпрепаратом [63, 64, 67, 68]:за счет капиллярного давления (все способы поверхностного нанесения испособ кратковременного окунания в защитные растворы сухих древесныхсортиментов) [69, 70];диффузией (нанесение паст и обмазок на сырую древесину, или еевымачивание в высококонцентрированном растворе антипирена) [69, 70];за счет создания избыточного внешнего давления (в горяче-холодныхваннах или автоклавах).Разнообразиетехнологическихспособовпропитки,аппаратногооформления процесса и его движущих сил не позволяет сформироватьуниверсальных классифицирующих признаков, что приводит к существованиюмножества различных вариантов классификации способов пропитки [71 – 74].Благодаря своей простоте и доступности наибольшее распространениеполучил метод поверхностной пропитки.
Широкое применение данного методаобеспечивается развитием теоретических представлений о механизме влиянияразличных огнезащитных составов на процесс термического разложения32компонентов древесины, что позволяет получать составы, обладающие высокойогнезащитной эффективностью даже при незначительном расходе (100 – 200 г/м2)[21, 67]. Раствор, как правило, наносится на поверхность материала иликонструкции кистью, валиком или распылением. Проникновение действующихвеществ происходит за счет капиллярного давления на глубину до 2 мм длясвежей и до 5 мм для старой древесины [56].Главным недостатком применения методов поверхностной пропитки поместу установки конструкции является то, что такая обработка фактически невлияетнаквалификационноеотнесениеконструкцийиматериаловпопоказателям пожарной опасности и огнестойкости [74, 75].К технологическим недостаткам капиллярных способов пропитки относятдлительность и малую глубину проникновения, исключающую возможностьдальнейшей механической обработки лесоматериалов [56, 69, 76].
Качествоповерхностнойпропиткивзначительнойстепенизависитотсвойствобрабатываемой древесины. Относительно легко пропитываются безъядровыелиственные породы и заболонь ядровых лиственных и хвойных пород древесины,а спелодревесные хвойные породы и ядро хвойных и лиственных породпропитываются трудно [3, 65, 68, 77].Основным отличием диффузионной пропитки от капиллярной являетсяотсутствие требований к влажности пропитываемых изделий, а выдержка врастворе может составлять до нескольких недель [6].Методыглубокойпропиткиполучилинаибольшееразвитиедлябиологической защиты древесины [56, 68], эксплуатируемой во влажных ибиологически агрессивных средах (столбы электропередач, шпалы, полы иограждающие конструкции животноводческих комплексов и др.).Увеличение глубины проникновения пропитывающих составов можнодобиться применением различных «механизированных» способов пропитки.Ермолиным [77] выделяется 3 группы способов глубокой пропитки (рисунок 1.3).33Классификация способов глубокойпропитки [71]1 группа:Предварительная обработка(механическая,биологическая, химическая)древесины перед пропиткой:1 а.
Накалывание(насверловка) отверстий;1 б. Искусственное заражениедревесиныдеревоокрашивающимигрибами;1 в. Экстрагированиеядровой (спелой) древесины;1 г. Предварительное сжатиедревесины.2 группа:Модернизация«классических»способовавтоклавнойпропитки3 группа:Способы сиспользованиемдинамическихвоздействий:3 а. Использованиеакустическихвоздействий;3 б. Использованиеимпульсныхвоздействий;3 в. Циклическиеспособы пропиткиРисунок 1.3 – Классификация способов глубокой пропиткиНекоторые способы, например, искусственное заражение древесиныдеревоокрашивающими грибами, применимы только для антисептированиядревесины, другие – более универсальны и могут использоваться дляогнезащитной обработки древесных материалов.Способпредварительнойобработкинакалыванием(насверловкой)отверстий, в том числе лазером и струей воды, исторически широкораспространен во всем мире. Известны случаи использования данного способа вантичности.
Он используется главным образом для антисептирования круглыхлесоматериалов и пиломатериалов больших сечений [77, 78, 79]. В работе [78]приводится пример применения данного метода для антипирирования древесныхматериалов.34Применение данного метода в сочетании с методом горяче-холодных ванн,позволяло получить существовавшие на тот момент нормативные значенияпривеса солей 66 и 50 кг/м3 в древесине и достичь значение поглощенияантипирена древесиной сосны около 80 кг/м3 и древесиной ели примерно 55 кг/м3.При испытании пропитанные образцы показывали лучшую огнезащищенность всравнении с образцами без накалывания. Потеря массы большинства наколотыхобразцов не превышала 8 %.В результате накалывания происходит снижение механических свойств от 8– 9 до 25 % в зависимости от количества наколов и толщины изделия [78, 80 – 82].Процесс пропитки древесины с предварительным удалением экстрактивныхвеществ ядровой (спелой) древесины рассматривался в многочисленных работахсотрудников Сибирского технологического института [83 – 89], но не получилразвитие в силу его высокой стоимости и технологической сложности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
