123378 (592813), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Разложение целлюлозных материалов сопровождается выделением тепла, поэтому при малой скорости теплопроводности возможно самонагревание и горение. Самый высокий тепловой эффект разложения (1088 Дж/кг) у древесины, поэтому необходимо следить за тем, чтобы она не нагревалась при плотной упаковке в больших массах выше 100° С.

Массовая скорость выгорания составляет для: древесины (конструкции зданий, мебель) - 0,48 кг/м² *мин., пиломатериалы в штабеле - 7-8,0 кг/м *мин., бумаги - 0,48 кг/м.

Перемещение фронта пламени по поверхности твердых веществ называется распространением горения и характеризуется скоростью распространения горения (м/мин)

= I/, (1), [1]

где

I - расстояние, пройденное фронтом пламени, м;

- время, мин.

Температура воспламенения древесины 230-250°С. При соприкосновении древесины с источником огня происходит быстрое нагревание тонкого поверхностного слоя, испарение влаги и деструкция. Продукты разложения древесины, полученные при температуре < 250°С содержат в основном водяной пар и СО₂, а также незначительное количество горючих газов, поэтому гореть они не способны; при температуре 250-260° С - выделяются горючие СО, метан и они воспламеняются и с этого момента древесина горит самостоятельно.

После воспламенения температура верхнего слоя древесины повышается за счет тепла, излучаемого пламенем, и достигает 290-300°С. При этой температуре выход газообразных продуктов максимальный и высота факела наибольшая. В результате разложения верхний слой древесины превращается в уголь, который в данных условиях гореть не может, так как кислород, поступающий из воздуха, весь вступает в реакцию в зоне горения пламени. Температура угля на поверхности к этому времени достигает 500-700 °С. По мере выгорания верхнего слоя древесины и превращения его в уголь нижележащий слой древесины прогревается до 300°С и разлагается. Таким образом, пламенное горение при образовании на её поверхности небольшого слоя угля ещё не прекращается. Однако скорость выхода продуктов разложения начинает уменьшаться. В дальнейшем рост слоя кокса и уменьшение выхода продуктов разложения приводит к тому, что пламя остается только у трещин угля и кислород может достигать поверхности кокса и с этого момента начинается горение кокса и одновременно продолжается горение продуктов разложения. Толщина слоя кокса достигшая к этому моменту 2-2,5 см остается постоянной, так как наступает равновесие.

1.3 Деструкция целлюлозы

Так как основным компонентом древесины является целлюлоза (50 - 58%), то при рассмотрении деструкции древесных материалов прежде всего изучается термодеструкция целлюлозы.

Термическая и термоокислительная деструкция целлюлозы изучены довольно подробно. В данном разделе будут кратко рассмотрены причины легкой воспламеняемости целлюлозных материалов.

Процессом горения ПМ предшествуют процессы деструкция, в результате которых образуются разнообразные, в том числе, летучие горючие продукты, являющиеся "топливом" для процесса горения. К основным факторам, влияющим на деструкцию полимеров, относятся структура и строение макромолекул, структурные дефекты, примеси и т.п. Особенностью ее строения является наличие реакционноспособных гидроксильных групп, обусловливающих сильное межмолекулярное взаимодействие за счет водородных связей, а также высокая энергия межатомных и химических связей в макромолекулах, связанная со строением глюкопиронозного кольца целлюлозы. Пиролиз целлюлозы протекает по радикально-ценному механизму.

В общем виде термическая деструкция целлюлозы сопровождается двумя группами реакций: деструкцией полимера и промежуточных продуктов, синтезом (конденсационные процессы), приводящих к образованию новых типов связей углерод-углерод.

При термораспаде целлюлозы в результате разрыва кислород углеродных связей происходит три основных процесса: дегидратация, деполимеризация и затем глубокая деструкция с разрушением циклов и

на основании представлений о механизме разложения целлюлозы для огнезащиты ЦМ необходимо создать условия, способствующие изменению направления распада целлюлозы и приводящих к снижению образования левоглюкозана, повышению дегидратации целлюлозы, полимеризации продуктов термораспада (образование КО) и ингибированию процесса тления, что может быть достигнуто введением замедлителей горения (ЗГ).

1.4 Снижение горючести древесины и изделий на её основе

В соответствии с требованиями пожарной безопасности деревянные конструкции зданий и сооружений должны быть подвергнуты огнезащитной обработке. Наиболее часто используемыми для этих целей и не лишёнными определенных недостатков являются водные растворы буры, поташа, фосфатов аммония, ацетата натрия и др.

В настоящее время огнезащита древесных материалов осуществляется, в основном, пропиткой древесины огнезащитными составами. На сегодняшний день учёными продолжается поиск относительно дешёвых и экологически чистых огнезащитных материалов (антипиренов) для пропитки и обработки древесины.

В Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии был разработан [16] способ изготовления огнезащитных древесно-стружечных плит. При их изготовлении в качестве антипирена использовали амидофосфат путём нанесения его водного раствора на древесные частицы в количестве 10-30% по сухому веществу. Высушенные древесные частицы смешивали с карбамидоформальдегидной смолой, в которую для связывания выделяющегося аммиака предварительно добавляли формальдегид в виде формалина в количестве 15% от абсолютно сухого амидофосфата. Для ускорения отверждения в смолу среднего слоя дополнительно вводили муравьиную кислоту в количестве 0,1-0,5% по сухой смоле. Изготовленные плиты соответствуют требованиям ГОСТ 10632-89, имеют класс эмиссии по формальдегиду Е-1 и являются трудногорючим материалом с малой дымообразующей способностью.

Известен [17] также способ изготовления огнезащитных древесностружечных плит (ОДС+П), по которому в процессе производства на поверхности плиты создавали защитный слой. В качестве огнезащитного средства для создания покрытия использовали вермикулит, который смешивали с карбамидоформальдегидной смолой (КФС) и послойно формировали ковёр с таким расчётом, чтобы толщины покрытия составляла 2-6 мм. Отрицательными сторонами способа являются укрывистость древесной поверхности вертикулитом, невозможность калибровки и исследования плит

С целью проверки огнезащитного действия образцы древесины были обработаны водными растворами из ацетатного отхода [15]. Было установлено, что обработка древесины 15-25%-ными водными растворами ацетатного отхода позволяет перевести по горючести её в класс трудновоспламеняемых. Этому способствовало, по мнению исследователей, высокая теплота плавления кристаллогидрата (около 214 кДж/кг) и высокое содержание кристаллогидратной воды. Таким образом, указанным методом повышается огнезащитность природного полимера - древесины, решается задача утилизации отхода (экологический аспект) и дополнительного привлечения ресурсов (экономический аспект).

По другому способу [18] ОДС+П получали, смешивая древесные частицы с порошкообразным антипиреном. В качестве антипирена использовали модифицированный фосфогипс, который вводили в количестве 5-20% от абс. сухой древесины. Недостатком является неравномерное распределение антипирена по объёму плиты, а также потери сыпучей массы при транспортировке стружечно-клеевой смеси.

Известен [19] также способ изготовления ОДС+П, основанный на совместном введении водного раствора антипирена с карбамидоформальдегидным связующим. В качестве антипирена использовали водный раствор гидроортофосфата аммония в количестве 10% от массы древесных частиц по сухому веществу. Недостатками способа являются снижение физико-механических свойств и повышение влажности структурно клеевой смеси, что может привести к расслоению плиты.

Предложен способ получения трудногорючих ДСП и ДВП на основе амино- или фенолоформальдегидных смол, где в качестве антипирена использовались полифосфаты аммония и фосфат магния [20]. Применение данного полифосфата аммония снижает прочность и водостойкость плит, что обусловлено выделением аммиака в процессе горячего прессования. С целью улучшения условий отверждения и повышения прочности плит по данному патенту предусматривалась частичная замена полифосфата аммония на фосфат магния, что обеспечивает сокращение негативного действия выделяющегося аммиака. Однако фосфат магния практически нерастворим и по этой причине обладает низким огнестойким действием, поскольку не является кислотообразователем в условиях возгорания древесины. Кроме того, использование суспензии фосфата магния в растворе полифосфата аммония связано с технологическими сложностями из-за неустойчивости композиции. Предлагаемая пресс-композиция требует операции сушки частиц после нанесения всех композитов, в том числе и связующего. Последнее ухудшает адгезионное взаимодействие связующего с древесными частицами и требует прессования высокоплотного материала.

В другом способе изготовления ОДС+П, по которому водный раствор антипирена носили на сырые древесные частицы перед операцией сушки древесных частиц (прототип). В качестве антипирена использовали состав ФМД, который представляет собой водный раствор фосфорной кислоты, нейтрализованный карбамидом и дициандиамидом до рН 4,0-4,5. Водный раствор антипирен 25%-ной концентрации наносили на измельченные древесные частицы в количестве 15% от абс. сухого вещества. Модифицированные древесные частицы направляли в сушку и термообработку, которую проводили в одной установке. На сухие древесные частицы наносили карбамидоформальдегидное связующее. Дальнейшая технология изготовления

ОДС+П не имеет каких-либо отличий от общепринятой технологии изготовления древесностружечных плит плоского прессования.

Основные испытания, выполненные по ГОСТ 12.1 044-89, показали, что плиты относятся к материалам с малой дымообразующей способностью и умеренно опасными по токсичности продуктов горения.

Известна [21] пресс-композиция для производства трудногорючих плитных материалов, включающая наполнитель в виде древесного волокна, стружки или измельчённых частиц отходом однолетних растений, синтетическую смолу, полифосфаты аммонии и парафин, причём в качестве синтетической смолы использованы карбамидоформальдегидную или фенолоформальдегидную смолы.

Недостатком этой композиции является низкая водостойкость, большой расход дефицитных компонентов, низкая степень огнезащиты плит.

В работе Кондрашенко В.И., Фейло Б.Д. [21] была получена пресс-композиция для производства трудногорючих плитных материалов, содержащая наполнитель в виде измельчённых древесных частиц, синтетическую смолу, полифосфаты аммония и парафин, в качестве синтетической смолу содержит диановую СДЖ-Н 5,0-13,0 масс. %, полифосфаты аммония 5,0-12,0%, парафин 0,1-0,4, наполнитель.

Изобретение Фейло Б.Д., Кондрашенко В. И и других научных работников позволило повысить водостойкость и огнестойкость плитных материалов, а также сократить расход дефицитных составляющих компонентов в 2,5-3 раза.

Известен [22] способ получения огнезащитного состава для отделки целлюлозных материалов, по которому процесс проводят в две стадии. На первой стадии получают продукт взаимодействия фосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4, нагревая указанную смесь и воду при температуре 130°С в течение 20 минут.

На второй стадии полученный продукт смешивают с дополнительными количеством мочевины и водой в соотношении (масс):

продукт взаимодействия фосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4-15-30-мочевина 10-40, остальное - вода. Полученный огнезащитный состав обладает недостаточной огнестойкостью, а способ его получения экологически небезопасен из-за выделения фосфорной кислоты в атмосферу. Отмеченная проблема решена исследователями [22], которыми получен огнезащитный состав, полученный в результате следующих операций:

смешения фосфорсодержащего компонента и мочевины, нагревания смеси до расплавления, выдержки расплава и охлаждения продукта;

смешения моноаммоний фосфата или диаммоний фосфата, взятых в качестве фосфорсодержащего компонента, и мочевины в сухом состоянии;

ввода 3-5% воды от массы сухих компонентов;

сплавления смеси при нагревании до 120°С, выдержки в течение 30 минут и охлаждения продукта при продолжающемся перемешивании до его измельчения.

Этот способ прост, одностадиен, экологически чист, без сточных вод и вредных выбросов, получаемый продукт очень прост в обращении, так как порошок непылящий, сыпучий, легко растворимый в воде.

Наряду с огнезащитной пропиткой снижающей горючесть древесных материалов, возможно осуществлять применение огнезащитных покрытий [23]. Так известен огнезащитный вспучивающийся состав для покрытий, содержащий водорастворимую меламиноформальдегидную смолу, п-трет-бутил фенолоформальдегидную смолу, фосфат аммония, уротропин, орбит или манит, дициандиамид, буру, каолин, стекловолокно и воду. Описанный состав при толщине сырого покрытия 2,5 мм обеспечивает огнестойкость металлической конструкции, на которую нанесён,45-51 минут. Однако, указанный состав содержит в своем составе дицианамид, который является очень дефицитным компонентом и в настоящее время в России практически не производится из-за сложной технологии его изготовления.

Кроме того, этот состав предназначен только для защиты металлических конструкций и не приемлем для защиты деревянных конструкций.

Также известен огнезащитный вспучивающийся состав, содержащий водорастворимые мочевиноформальдегидную и мочевиномеламиноформальдегидную смолу, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатную эмульсию, фосфаты аммония, асбестовое волокно или каолин, стекловолокно, мочевину, пентрол и воду [23]. Этот состав не содержит дициандиамида. Покрытие, выполненное составом имеет значительное водопоглощение, что приводит к постепенному снижению адгезионных свойств в процессе эксплуатации. Так в течение 6 месяцев эксплуатации адгезия при отрыве покрытия снижается в среднем на 12%, а через 12 месяцев на 20% и составляет 3,0-4,2 кгс/см. Это сужает технологические возможности состава, ограничивая сферу его применения в металлических конструкциях, на которые действуют только статические нагрузки (колонны, фермы). Кроме того, покрытие из-за постепенного значительного снижения адгезионных свойств начинает со временем отслаиваться от металлической подложки. Как показали проведённые заявителем испытания, частичное отслаивание (2-4% поверхности) от вентиляционных коробов происходит уже через 7-8 месяцев, а через 12 месяцев происходит отслаивание покрытия на 30-35% поверхности коробов.

Ростовскими исследователями [23] получен огнезащитный вспучивающийся состав для покрытий деревянных поверхностей, содержащий в качестве аминоформальдегидной смолы водорастворимые мочевиноформальдегидную смолу или мочевиномеламиноформальдегидную смолу, поливинилацетатную смолу, фосфаты аммония, пентрол, мочевину и воду. Недостатками описанного состава являются значительный расход (480 - 740 г/м²⁾ и недостаточно высокие огнезащитные свойства. Средняя потеря массы образца по ГОСТ 16363-76 составляет 2,6-4,3%.

Характеристики

Список файлов ВКР