Анализ проблемы огнезащиты древесины, способы ее обработки огнезащитными покрытиями. Характеристика азот-фосфорсодержащих огнезащитных составов. Изучение огнезащитной эффективности антипиренов на основе продуктов аминолиза. Схема производства антипирена.
При низкой оригинальности работы "Разработка технологии аминолиза вторичного поликарбоната с целью получения дифенилолпропана и антипиренов для древесных материалов", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
В настоящее время наиболее распространенным строительным материалом традиционно остается древесина и изделия из нее. Однако наряду с достоинствами, выгодно отличающих ее от других материалов, древесина обладает и недостатками, главными из которых являются легкая воспламеняемость и горючесть.
В связи с этим значение приобретает проблема огнезащиты древесины различными способами, наиболее эффективными из которых являются обработка огнезащитными покрытиями.
Первый способ огнезащиты заключается в нанесении на поверхность защищаемого материала слоя покрытия, эффективность которого определяется физико-химическими свойствами и адгезией к данной поверхности. При местном воздействии кратковременного источника зажигания огнезащитные покрытия затрудняют горение деревянных конструкций, облегчают тушение пожара, а в ряде случаев исключают возможность его возникновения.
Огнезащита способом пропитки заключается во введении в материал специальных веществ - антипиренов. Этот способ обеспечивает защиту деревянных конструкций от возгорания при локальном огневом воздействии в условиях возникновения пожара. В данном случае наблюдается только обугливание материала, которое ограничивается площадью воздействия пламени. К огнезащитным средствам относятся только покрытия I и II группы огнезащитной эффективности. Покрытия I группы обеспечивают потерю массы защищенной древесины в условиях испытания не более девяти процентов (средства, обеспечивающие получение трудносгораемой древесины), а покрытия II группы - потерю массы в пределах от девяти до двадцатипяти процентов (средства, обеспечивающие получение трудновоспламеняемой древесины).
Важнейшие задачи в области огнезащиты древесных материалов являются следующие: разработка технологии применения и организация многотоннажного производства доступных экологически безопасных, активно участвующих в образовании материалов, трудновымываемых и эффективных антипиренов для защиты древесных плит и пластиков;
развитие теоретических основ огнезащиты древесных материалов, в том числе разработка механизма огнезащитного действия, построение многокомпонентных огнезащитных и огнебиозащитных препаратов, способных выполнять и такие функции как упрочнение;
- разработка методов оценки огнезащищенности древесных конструкций в условиях реальных пожаров и стандартизация методики оценки «антипиренной активности» на базе распространенного современного оборудования;
- разработка методики расчета, экономической эффективности применения огнезащитных древесных материалов и конструкций на предприятиях и в строительстве.
Настоящая дипломная работа является одним из этапов исследований, проводящихся на кафедре ТППМ, задачей который является получение огнезащитных составов на основе продуктов аминолиза вторичного поликарбоната.
1. Аналитический обзор азот-фосфорсодержащие огнезащитные составы, антипирены для древесины и древесных материалов
1.1 Актуальность получения эффективных огнезащитных составов
Древесина играет важную роль в развитии промышленности, архитектуры, создании новых конструкций и оборудования. В настоящее время, несмотря на появление новых синтетических материалов, способных заменить древесину, ее значение для строительства и промышленности не уменьшается [1,3]. Это объясняется тем, что этот материал не только легко поддается механической обработке, но и обладает рядом других ценных свойств, таких как относительно высокая прочность, небольшая плотность, малая теплопроводность. Однако серьезным недостатком древесины, ограничивающим ее конструктивное использование, является повышенная горючесть, обусловленная органической природой материала [2,3].
Главными целями огнезащиты древесины являются: 1) обеспечение невоспламеняемости древесины от энергии малых калорий;
2) снижение скорости распространения огня по поверхности;
3) обеспечение нераспространения огня по поверхности деревянных конструкций на разных стадиях развития пожара [4,5].
1.1.1 Показатели пожароопасности древесных материалов общего назначения
Основные показатели пожароопасности твердых материалов (а следовательно, и древесных) общего назначения следующие: - группа горючести;
- температура воспламенения;
- температура самовоспламенения;
- температура тления;
- условия теплового самовозгорания;
- кислородный индекс;
- индекс распространения пламени;
- коэффициент дымообразования;
- показатель токсичности продуктов горения материалов.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения.
Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, могут быть пожар (диффузионное горение) или взрыв.
Рассмотрим кратко наиболее важные показатели пожароопасности древесных материалов.
Группа горючести
Группа горючести - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.
Горение - экзотермическая реакция, протека
Введение
В настоящее время наиболее распространенным строительным материалом традиционно остается древесина и изделия из нее. Однако наряду с достоинствами, выгодно отличающих ее от других материалов, древесина обладает и недостатками, главными из которых являются легкая воспламеняемость и горючесть.
В связи с этим значение приобретает проблема огнезащиты древесины различными способами, наиболее эффективными из которых являются обработка огнезащитными покрытиями.
Первый способ огнезащиты заключается в нанесении на поверхность защищаемого материала слоя покрытия, эффективность которого определяется физико-химическими свойствами и адгезией к данной поверхности. При местном воздействии кратковременного источника зажигания огнезащитные покрытия затрудняют горение деревянных конструкций, облегчают тушение пожара, а в ряде случаев исключают возможность его возникновения.
Огнезащита способом пропитки заключается во введении в материал специальных веществ - антипиренов. Этот способ обеспечивает защиту деревянных конструкций от возгорания при локальном огневом воздействии в условиях возникновения пожара. В данном случае наблюдается только обугливание материала, которое ограничивается площадью воздействия пламени. К огнезащитным средствам относятся только покрытия I и II группы огнезащитной эффективности. Покрытия I группы обеспечивают потерю массы защищенной древесины в условиях испытания не более девяти процентов (средства, обеспечивающие получение трудносгораемой древесины), а покрытия II группы - потерю массы в пределах от девяти до двадцатипяти процентов (средства, обеспечивающие получение трудновоспламеняемой древесины).
Важнейшие задачи в области огнезащиты древесных материалов являются следующие: разработка технологии применения и организация многотоннажного производства доступных экологически безопасных, активно участвующих в образовании материалов, трудновымываемых и эффективных антипиренов для защиты древесных плит и пластиков;
развитие теоретических основ огнезащиты древесных материалов, в том числе разработка механизма огнезащитного действия, построение многокомпонентных огнезащитных и огнебиозащитных препаратов, способных выполнять и такие функции как упрочнение;
- разработка методов оценки огнезащищенности древесных конструкций в условиях реальных пожаров и стандартизация методики оценки «антипиренной активности» на базе распространенного современного оборудования;
- разработка методики расчета, экономической эффективности применения огнезащитных древесных материалов и конструкций на предприятиях и в строительстве.
Настоящая дипломная работа является одним из этапов исследований, проводящихся на кафедре ТППМ, задачей который является получение огнезащитных составов на основе продуктов аминолиза вторичного поликарбоната.
1. Аналитический обзор азот-фосфорсодержащие огнезащитные составы, антипирены для древесины и древесных материалов
1.1 Актуальность получения эффективных огнезащитных составов
Древесина играет важную роль в развитии промышленности, архитектуры, создании новых конструкций и оборудования. В настоящее время, несмотря на появление новых синтетических материалов, способных заменить древесину, ее значение для строительства и промышленности не уменьшается [1,3]. Это объясняется тем, что этот материал не только легко поддается механической обработке, но и обладает рядом других ценных свойств, таких как относительно высокая прочность, небольшая плотность, малая теплопроводность. Однако серьезным недостатком древесины, ограничивающим ее конструктивное использование, является повышенная горючесть, обусловленная органической природой материала [2,3].
Главными целями огнезащиты древесины являются: 1) обеспечение невоспламеняемости древесины от энергии малых калорий;
2) снижение скорости распространения огня по поверхности;
3) обеспечение нераспространения огня по поверхности деревянных конструкций на разных стадиях развития пожара [4,5].
1.1.1 Показатели пожароопасности древесных материалов общего назначения
Основные показатели пожароопасности твердых материалов (а следовательно, и древесных) общего назначения следующие: - группа горючести;
- температура воспламенения;
- температура самовоспламенения;
- температура тления;
- условия теплового самовозгорания;
- кислородный индекс;
- индекс распространения пламени;
- коэффициент дымообразования;
- показатель токсичности продуктов горения материалов.
Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения.
Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, могут быть пожар (диффузионное горение) или взрыв.
Рассмотрим кратко наиболее важные показатели пожароопасности древесных материалов.
Группа горючести
Группа горючести - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.
Горение - экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения.
По горючести вещества и материалы подразделяют на три группы: · негорючие (несгораемые): вещества и материалы, не способные к горению в воздухе;
· трудногорючие (трудносгораемые): вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;
· горючие (сгораемые): вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.
Древесные материалы относятся к группе горючих, при использовании эффективных огнезащитных средств они могут быть переведены в группу трудногорючих. Негорючими древесные материалы быть не могут.
Группу горючести определяют в приборе ОТМ ГОСТ 12.1.044-89.
После испытания вычисляют: · максимальное приращение температуры (?tmax)
?tmax = tmax - t0, где tmax - максимальная температура газообразных продуктов горения исследуемого материала, °С; t0 - начальная температура испытания, равная 200°С.
· потерю массы образца (?m) в процентах где мн - масса образца до испытания, г; мк - масса образца после испытания, г.
По значению максимального приращения температуры ?tmax и потере массы ?m материалы классифицируют: трудногорючие ?tmax < 60°C и ?m <60%;
горючие ?tmax ?60°С или ?m ?60 %.
Горючие материалы дополнительно подразделяют в зависимости от времени (t) достижения tmax на: трудновоспламеняемые t > 4 мин;
средней воспламеняемости 0,5 ? t ? 4 мин;
легковоспламеняемые t < 0,5 мин.
При классификации материалов, пропитанных негорючими составами или с нанесенными на них огнезащитными покрытиями, используют только показатель ?tmax.
Температура воспламенения
Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.
Воспламенение - пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.
Сущность экспериментального метода определения температуры воспламенения заключается в нагревании определенной массы вещества с заданной скоростью, периодическом зажигании выделяющихся паров и установлении факта наличия или отсутствия воспламенения при фиксируемой температуре.
Температура самовоспламенения
Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.
Сущность метода определения температуры самовоспламенения заключается во введении определенной массы вещества в нагретый объем и оценке результатов испытания. Изменяя температуру испытания, находят ее минимальное значение, при котором происходит самовоспламенение вещества.
Температура тления
Температура тления - температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления.
Тление - беспламенное горение твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400-600°С), часто сопровождающееся выделением дыма.
Кислородный индекс
Кислородный индекс - минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материала в условиях специальных испытаний.
Значение кислородного индекса следует применять при разработке материалов пониженной горючести и контроле горючести материалов.
Кислородный индекс обозначают сокращенно КИ, единица измерения - % объемные (кислорода в кислород-азотной смеси).
Чем больше значение КИ, тем меньше горючесть материала.
Индекс распространения пламени
Индекс распространения пламени - условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло.
Определяют индекс распространения пламени в установке, на образцах, которые поджигают пламенем газовой горелки и определяют скорость перемещения фронта пламени по поверхности образца. Обозначают индекс распространения пламени I. I - величина условная, безразмерная.
В зависимости от величины I материалы подразделяются на следующие категории: Таблица
Категория материалов Значение I не распространяющие пламя по поверхности 0 медленно распространяющие пламя по поверхности св. 0 до 20 быстро распространяющие пламя по поверхности св. 20
Коэффициент дымообразования
Коэффициент дымообразования Dm в м2•кг-1 - показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний.
Значение коэффициента дымообразования применяют для классификации материалов по дымообразующей способности.
Различают три группы материалов: · с малой дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования до 50 м2 ·кг-1 включ.;
· с умеренной дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования св. 50 до 500 м2 · кг-1 включ.;
· с высокой дымообразующей способностью - коэффициент дымообразования св. 500 м2 · кг-1.
Показатель токсичности продуктов горения материалов
Показатель токсичности продуктов горения HCL50, г?i-3 -отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.
Сущность метода определения показателя токсичности заключается в сжигании исследуемого материала в камере сгорания при заданной плотности теплового потока и выявлении зависимости летального эффекта газообразных продуктов горения от массы материала, отнесенной к единице объема экспозиционной камеры.
Классификация материалов по значению показателя токсичности продуктов горения приведена в таблице.
3) eiio?ieuiue iaoia ii?aaaeaiey iaiacaueoiie yooaeoeaiinoe - i?eiaiyaony i?e i?iaaaaiee eiio?iey ea?anoaa ICNA e ia ii?ao i?eiaiyouny aey oaeae na?oeoeeaoee.
Ii?aaaeaiea iaiacaueoiie yooaeoeaiinoe
Ii?aaaeaiea iaiacaueoiie yooaeoeaiinoe ICNA i?iaiaeony ia ia?acoao a?aaaneiu niniu. Ia?acou a aeaa i?yiioaieuiiai a?onea n iiia?a?iui na?aieai 30o60 ii e aeeiie 150 ii, aea?iinou ia aieaa 15%. Ia ia?acou ni anao noi?ii iaiinyo iie?uoea ec eniuouaaaiiai ICNA eee i?iieouaa?o ia?acou eniuouaaaiui ?anoai?ii ICNA niaeanii eia?uaeny OA e aunooeaa?o.
Eniuoaiey iiaaioiaeaiiuo ia?acoia i?iaiayo a onoaiiaea (?en. 1.1).
A ia?aea eniuoaiee ca?eaa?o aaciao? ai?aeeo e ?aaoee?iaaieai ?anoiaa aaca onoaiaaeeaa?o oaiia?aoo?o, ?aaeno?e?oaio? oa?iiia?ie, 200IN.
Eniuouaaaiue ia?acao, cae?aieaiiue a aa??aoaea, iionea?o a ea?aie?aneee ei?ia, iaiia?aiaiii aee??a?o naeoiaiia?. Ia?acao aa??ao a ieaiaie ai?aeee a oa?aiea 2 iei. ?a?ac 2 iei iiaa?o aaca a ai?aeeo i?ae?aua?o e inoaaey?o ia?acao a i?eai?a aey inouaaiey ai eiiiaoiie oaiia?aoo?u.
Inouaoee ia?acao a?aaaneiu ecaeaea?o ec ea?aie?aneiai ei?iaa e acaaoeaa?o.
Au?eney?o iioa?? iannu ia?acoa (P) a i?ioaioao ii oi?ioea:
aaa m1 - ianna ia?acoa ai eniuoaiey, a;
m2 - ianna ia?acoa iinea eniuoaiey, a.
Ii ?acoeuoaoai eniuoaiey onoaiaaeeaa?o a?oiio iaiacaueoiie yooaeoeaiinoe eniuoaiiiai ICNA i?e aaiiii niiniaa aai i?eiaiaiey: i?e iioa?a iannu ia aieaa 9% onoaiaaeeaa?o I a?oiio iaiacaueoiie yooaeoeaiinoe;
i?e iioa?a iannu aieaa 9%, ii ia auoa 25%, onoaiaaeeaa?o II a?oiio iaiacaueoiie yooaeoeaiinoe;
i?e iioa?a iannu aieaa 25% n?eoa?o, ?oi aaiiia ICNA ia iaania?eaaao iaiacaueou a?aaaneiu e ia yaeyaony iaiacaueoiui.
Ia?acao iaeaeuaa?o a oaio?a oeeii e iaaaoeaa?o ia ino?ea eaeu 3, iaoiayuaeny a o?oaa ec eaa?oaaiai noaeea 1, oae, ?oiau ii aue ?aniiei?ai ii oaio?o o?oau e ono?ienoaa aey iia?eaaiey 8. ?annoiyiea ie?iaai ia?aca o?oau io ono?ienoaa aey iia?eaaiey - 25 ii. Ono?ienoai aey iia?eaaiey ia?acoa a?aaaneiu iaiieiy?o aaiaoo?e?iaaiiui nie?oii ie?a aa?oiaai aai ia?aca ia (1 ± 0,2) ii. Ai a?aiy eniuoaiey o?iaaiu nie?oa a ono?ienoaa aie?ai auou iinoiyiiui. Iia?eaa?o nie?o, aee??a?o naeoiaiia?, ?a?ac 20 n inoi?i?ii, ?oiau ia naeou ieaiy n ia?acoa a?aaaneiu 2, ia?ae?uaa?o ono?ienoai aey iia?eaaiey caneiieie 7 e iaae?aa?o ca naiinoiyoaeuiui ai?aieai ia?acoa a?aaaneiu. N iiiiuu? naeoiaiia?a oeene?o?o aeeoaeuiinou naiinoiyoaeuiiai ai?aiey ia?acoa a?aaaneiu ieaiaiai e oeaieai.
Ii ieii?aiee ai?aiey ianai?aaoea inoaoee ia?acoa a?aaaneiu inoi?i?ii aac iioa?u nieia?o n ino?ey eaeu e acaaoeaa?o a a?ena n iia?aoiinou? ia aieaa 0,02 a.
Caueoiia n?aanoai eniuouaa?o ia iaiaa ?ai i?e iyoe iiaeiuaieyo. Ii ?acoeuoaoai eniuoaiee no?iyo a?aoee caaeneiinoe iioa?e iannu io iiaeiuaiey ICNA: